A oltre 13 miliardi di anni luce dalla Terra, il telescopio spaziale James Webb ha osservato una delle galassie più primitive mai studiate. Si chiama LAP1-B ed è un oggetto estremamente debole. La sua particolarità è la composizione chimica: contiene una quantità di ossigeno appena pari a 1/240 di quella presente nel Sole, uno dei valori più bassi mai misurati in una galassia così distante.
La scoperta arriva da un team internazionale guidato dall’Università di Kanazawa, in Giappone, con la partecipazione di Eros Vanzella dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) di Bologna. Grazie a oltre 30 ore di osservazioni del James Webb, i ricercatori hanno identificato in LAP1-B una vera e propria “capsula del tempo” cosmica, capace di mostrare come apparivano le prime galassie durante l’epoca della reionizzazione, il periodo in cui le prime stelle iniziarono a illuminare l’Universo.
Osservare un oggetto simile sarebbe normalmente impossibile, perché LAP1-B è troppo piccola e fioca. La sua luce è stata amplificata di oltre cento volte da una lente gravitazionale: l’effetto prodotto dalla massa di galassie e materia oscura poste lungo la linea di vista, che ha deformato e amplificato la luce proveniente dalla galassia distante.
Secondo i ricercatori, LAP1-B potrebbe rappresentare una delle migliori prove osservative delle condizioni chimiche lasciate dalle primissime stelle dell’Universo. Il rapporto elevato tra carbonio e ossigeno rilevato nella galassia è infatti compatibile con le simulazioni che descrivono il materiale espulso dalle esplosioni delle stelle di prima generazione, nate quando il cosmo era ancora quasi completamente composto da idrogeno ed elio.
Una galassia quasi priva di elementi pesanti
Subito dopo il Big Bang, l’Universo conteneva quasi esclusivamente idrogeno ed elio. Tutti gli elementi più pesanti, come ossigeno, carbonio e ferro, si sono formati successivamente all’interno delle stelle, attraverso i processi di fusione nucleare. Quando queste stelle terminavano la propria vita esplodendo come supernovae, disperdevano nello spazio i nuovi elementi chimici, arricchendo gradualmente il cosmo.
Per questo motivo, la composizione chimica delle galassie più antiche è una delle informazioni più importanti per comprendere l’evoluzione dell’Universo primordiale. Più una galassia è povera di elementi pesanti, più è probabile che venga osservata in una fase molto vicina alla sua formazione iniziale.
Nel caso di LAP1-B, i dati raccolti dal James Webb mostrano una scarsità estrema di ossigeno, mai osservata con questo livello di dettaglio in un oggetto così lontano. Secondo Kimihiko Nakajima, responsabile dello studio, questa firma chimica indica che la galassia si trovi in uno stato ancora fortemente primitivo, probabilmente poco dopo l’inizio della formazione stellare.
Anche il rapporto tra carbonio e ossigeno ha attirato l’attenzione dei ricercatori. La distribuzione di questi elementi coincide infatti con le previsioni teoriche relative alle esplosioni delle stelle di Popolazione III, le prime stelle nate nell’Universo. Questi astri non sono mai stati osservati direttamente, ma gli astronomi cercano da anni le loro tracce indirette nelle galassie più antiche.
Una finestra sulle prime galassie dell’Universo
Oltre alla sua composizione chimica, LAP1-B ha colpito gli astronomi anche per la massa estremamente ridotta. La galassia contiene infatti meno di 3300 masse solari, un valore molto basso rispetto alle galassie normalmente osservate nell’Universo primordiale. Questo suggerisce che gran parte della sua massa sia composta da materia oscura.
Secondo il team, LAP1-B potrebbe quindi rappresentare un esempio molto simile ai progenitori delle galassie nane ultra-deboli osservate oggi attorno alla Via Lattea. Si tratta di piccoli sistemi galattici con pochissime stelle, considerati da tempo possibili “fossili” dell’Universo primordiale. Vanzella ha commentato:
Stiamo osservando una minuscola regione dell’Universo estesa qualche decina di anni luce, in cui potrebbe essere in corso uno dei primissimi episodi di formazione stellare, in un ambiente quasi privo di elementi chimici.
La scoperta, spiega il ricercatore, è stata possibile soltanto grazie alla combinazione tra la sensibilità del James Webb e l’effetto di lente gravitazionale, che ha amplificato enormemente la luce della galassia.
Negli ultimi mesi il telescopio ha iniziato a identificare altri oggetti simili, sempre grazie alle lenti gravitazionali. Per gli astronomi queste osservazioni rappresentano una nuova opportunità per studiare direttamente le prime fasi della formazione galattica e capire come l’Universo sia passato dalle prime stelle alle strutture cosmiche osservabili oggi.
L’abstract dello studio, pubblicato su Nature, è reperibile qui.
