Il James Webb ha battuto ogni precedente record osservando una galassia a soli 290 milioni di anni dopo il Big Bang.
Negli ultimi due anni, gli scienziati hanno utilizzato il telescopio spaziale James Webb della NASA per esplorare quella che gli astronomi chiamano Alba Cosmica, il periodo nelle prime centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang in cui nacquero le prime galassie. Queste galassie forniscono informazioni vitali sui modi in cui il gas, le stelle e i buchi neri stavano cambiando quando l’universo era molto giovane. Nell’ottobre 2023 e nel gennaio 2024, un team internazionale di astronomi ha utilizzato Webb per osservare le galassie come parte del programma JWST Advanced Deep Extragalactic Survey, detto JADES. Utilizzando il NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) di Webb, hanno ottenuto lo spettro della galassia più distante ad oggi conosciuta, osservata a soli 290 milioni di anni dopo il Big Bang.
All’alba dell’Universo
Tale datazione corrisponde a uno spostamento verso il rosso di circa 14, che è una misura di quanto la luce di una galassia viene allungata dall’espansione dell’Universo grazie alla quale si può calcolare la distanza. Gli strumenti su Webb sono stati progettati per trovare e comprendere le prime galassie, e nel primo anno di osservazioni come parte del JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), sono state trovate centinaia di galassie candidate dei primi 650 milioni di anni dopo il Big Bang.
All’inizio del 2023, è stata scoperta nei dati una galassia che aveva forti prove di essere al di sopra di uno spostamento verso il rosso di 14, ma c’erano alcune proprietà della sorgente che hanno reso diffidenti gli scienziati. La sorgente era sorprendentemente luminosa, cosa che non ci aspetteremmo da una galassia così distante, ed era molto vicina a un’altra galassia, tanto che le due sembravano far parte di un unico oggetto più grande.
Quando è stata osservata nuovamente la sorgente nell’ottobre 2023 come parte del JADES Origins Field, i nuovi dati di imaging ottenuti con i filtri NIRCam più stretti del James Webb hanno puntato ancora di più verso l’ipotesi dell’elevato spostamento verso il rosso. Gli scienziati di aver bisogno di uno spettro, poiché qualunque cosa avrebbero scoperto sarebbe stata di immensa importanza scientifica, sia come nuova pietra miliare nell’indagine di Webb sull’universo primordiale, sia come confusa stravaganza di una galassia di mezza età.
Nel gennaio 2024, NIRSpec ha osservato questa galassia, JADES-GS-z14-0, per quasi dieci ore, e quando lo spettro è stato elaborato per la prima volta, c’erano prove inequivocabili che la galassia era effettivamente ad uno spostamento verso il rosso di 14,32, mandando in frantumi il precedente record di galassie lontane (z = 13,2 di JADES-GS-z13-0 ). E questa scoperta non ha rappresentato solo un nuovo record di distanza per il team; l’aspetto più importante di JADES-GS-z14-0 è che a questa distanza sappiamo che questa galassia deve essere intrinsecamente molto luminosa.
JADES-GS-z14-0
Dalle immagini, si scopre che la sorgente ha un diametro di oltre 1.600 anni luce, dimostrando che la luce che vediamo proviene principalmente da stelle giovani e non dall’emissione vicino a un buco nero supermassiccio in crescita. Questa quantità di luce stellare implica che la galassia ha diverse centinaia di milioni di volte la massa del Sole! Ciò solleva la domanda: come può la natura creare una galassia così luminosa, massiccia e grande in meno di 300 milioni di anni?
I dati rivelano altri aspetti importanti di questa sorprendente galassia. Vediamo che il colore della galassia non è blu come potrebbe essere, indicando che parte della luce è arrossata dalla polvere, anche in questa era primordiale. JADES-GS-z14-0 è stata inoltre rilevata anche a lunghezze d’onda maggiori con il MIRI (strumento del medio infrarosso) di Webb, un risultato notevole considerando la sua distanza. L’osservazione MIRI copre le lunghezze d’onda della luce emesse nella gamma della luce visibile, che sono spostate verso il rosso fuori dalla portata degli strumenti del vicino infrarosso di Webb.
L’analisi indica che la luminosità della sorgente implicata dall’osservazione MIRI è superiore a quanto sarebbe estrapolato dalle misurazioni degli altri strumenti Webb, indicando 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 erano già esistite al suo interno prima che noi osservassimo la galassia.
Tutte queste osservazioni, insieme, 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 durante le ere cosmiche, e finora non è stato trovato alcun oggetto analogo nelle centinaia di altre galassie osservate ad alto spostamento verso il rosso. Data la regione relativamente piccola del cielo che abbiamo cercato per trovare JADES-GS-z14-0, la sua scoperta ha profonde implicazioni per il numero previsto di galassie luminose che vediamo nell’universo primordiale, come discusso in un altro studio simultaneo di JADES. È probabile che gli astronomi troveranno molte di queste galassie luminose, forse anche in epoche precedenti, nel prossimo decennio grazie al James Webb.
Nota: questi risultati ottenuti dalle osservazioni del James Webb non sono ancora stati sottoposti a revisione paritaria.
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Fonte: NASA
