Nel corso degli ultimi due anni, fin da quando ha cominciato le sue attività scientifiche, il telescopio spaziale James Webb ci ha fornito uno sguardo diretto a quella che viene definita alba cosmica. Si tratta del periodo, nelle prime centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang, in cui nacquero le prime galassie. Galassie che forniscono importanti informazioni sul modo in cui la materia stava cambiando quando l’Universo era molto giovane.

All’interno dell’indagine JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) con il James Webb, gli scienziati hanno trovato molte centinaia di galassie candidate dei primi 650 milioni di anni dopo il Big Bang. Nel gennaio 2024, il telescopio ha osservato una di queste galassie per quasi dieci ore, dopo che già era stata individuata da dati del 2023. Quando il suo spettro è stato elaborato per la prima volta, c’erano prove inequivocabili che la galassia fosse la più lontana mai trovata: la vediamo come quando l’Universo aveva solo 290 milioni di anni, nella foto di Webb.

Il suo nome è JADES-GS-z14-0, e la sua scoperta non rappresenta solo un nuovo record di distanza. I dati ci dicono che questa galassia è intrinsecamente molto luminosa, larga 1600 anni luce e con diverse centinaia di milioni di volte la massa del Sole. Come può essere divenuta così grande, luminosa e ricca di stelle una galassia in meno di 300 milioni di anni?

🆕 Webb has found a galaxy observed just 290 million years after the Big Bang! 💥
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— ESA Webb Telescope (@ESA_Webb) May 30, 2024

Una galassia a redshift maggiore di 14

Osservando nell’infrarosso, il James Webb riesce a vedere le prime galassie del cosmo. La loro luce, infatti, è stata allungata dall’espansione dell’Universo, ovvero la loro lunghezza d’onda è stata spostata verso il rosso. La misura di questo spostamento è detta redshift, indicato con la lettera z. Più il redshift è alto, più la galassia è lontana, ovvero appartiene a un Universo più giovane.

Finora la galassia a redshift maggior mai trovata era JADES-GS-z13-0, con un redshift di 13.2, scoperta il 29 settembre 2022 durante il programma JADES. Si trattava, finora, della più distante galassia conosciuta con caratteristiche spettroscopicamente confermate.

A battere questo record arrivano JADES-GS-z14-0 e JADES-GS-z14-1. La prima ha uno spostamento verso il rosso che supera z=14. Gli scienziati l’hanno determinato utilizzando il NIRSpec (Near InfraRed Spectrograph) del James Webb, per ottenere uno spettro della galassia. Lo spostamento verso il rosso, infatti, può essere determinato dalla posizione di una lunghezza d’onda critica, nota come rottura Lyman-alfa. Dalla posizione di questa lunghezza d’onda nello spettro di JADES-GS-z14-0, è stato determinato un redshift pari a 14.32. Quello di JADES-GS-14-1, invece, è di 13.9.

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Un’altra galassia che sfida le nostre teorie

Ciò che davvero continua a sorprendere gli scienziati è che anche JADES-GS-z14-0, come altre galassie primordiali scoperte finora con il James Webb, è sorprendentemente luminosa. Cosa che non ci aspetteremmo da una galassia di questo tipo. Ed è molto vicina a un’altra galassia, tanto che le due sembravano far parte di un unico oggetto più grande.

I dati di Webb rivelano diversi aspetti interessanti. Il colore della galassia, per esempio, non è blu come dovrebbe essere se molto giovane. Ciò indica che parte della luce è arrossata dalla polvere, anche nei suoi primissimi stadi evolutivi.

Inoltre, le misurazioni ottenute nel medio infrarosso con MIRI (Mid InfraRed Instrument) di Webb mostrano che la luminosità della sorgente è superiore alle misurazioni degli altri strumenti. Questo dimostra la presenza di una forte emissione di gas ionizzato nella galassia, sotto forma di linee luminose di emissione di idrogeno e ossigeno. La presenza di ossigeno così presto nella vita di questa galassia è una sorpresa, e suggerisce che diverse generazioni di stelle molto massicce avevano già vissuto la loro vita prima che noi osservassimo JADES-GS-z14-0.

Tutte queste informazioni ci dicono che JADES-GS-z14-0 non è come i tipi di galassie che i modelli teorici e le simulazioni al computer avevano previsto esistessero nell’Universo primordiale. Data la luminosità osservata della sorgente, possiamo prevedere come potrebbe crescere nel tempo cosmico, e finora non è stato trovato alcun analogo adatto nelle centinaia di altre galassie osservate ad alto redshift nel corso di JADES. Tuttavia, è probabile che nei prossimi anni di indagini con Webb si troveranno molte di queste galassie luminose, forse anche in epoche precedenti. Avvicinandosi sempre di più all’alba del cosmo…

Lo studio, guidato da Stefano Carniani della Scuola Normale Superiore di Pisa, è reperibile qui.