Il telescopio spaziale James Webb della NASA trova la galassia più lontana conosciuta.
Negli ultimi due anni, gli scienziati hanno utilizzato il telescopio spaziale James Webb della NASA (chiamato anche Webb o JWST) per esplorare quella che gli astronomi chiamano Alba Cosmica, il periodo delle prime centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang in cui sono nate 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 nell’ambito del programma JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES).
Utilizzando il NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) di Webb, hanno ottenuto uno spettro di una galassia da record osservata solo duecentonovanta milioni di anni dopo il Big Bang.
Ciò corrisponde a un redshift di circa 14, che è una misura di quanto la luce di una galassia è allungata dall’espansione dell’universo.
Abbiamo invitato Stefano Carniani della Scuola Normale Superiore di Pisa e Kevin Hainline dell’Università dell’Arizona a Tucson, Arizona, a raccontarci di più su come è stata trovata questa sorgente e su cosa ci dicono le sue proprietà uniche sulla formazione delle galassie.
“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), abbiamo scoperto molte centinaia di galassie candidate
Dai primi 650 milioni di anni dopo il Big Bang. All’inizio del 2023, abbiamo scoperto una galassia nei nostri dati che aveva una forte evidenza di essere al di sopra di un redshift di 14, il che è stato molto eccitante, ma c’erano alcune proprietà della sorgente che ci hanno reso diffidenti.
La sorgente era sorprendentemente luminosa, cosa che non ci aspetteremmo per una galassia così lontana, ed era molto vicina a un’altra galassia in modo tale che le due sembravano far parte di un oggetto più grande.
Quando abbiamo osservato di nuovo la fonte nell’ottobre 2023 i nuovi dati di imaging ottenuti con i filtri NIRCam (Near-Infrared Camera) più stretti di Webb hanno puntato ancora di più verso l’ipotesi dell’elevato redshift.
Sapevamo di aver bisogno di uno spettro, poiché qualsiasi cosa avessimo imparato sarebbe stata di immensa importanza scientifica, sia come una nuova pietra miliare nell’indagine di Webb sull’universo primordiale o come una bizzarra bizzarra 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 a un redshift di 14,32, frantumando il precedente record di galassie più distanti”.
Vedere questo spettro è stato incredibilmente emozionante per l’intero team, dato il mistero che circonda la sorgente.
Questa scoperta non è stata solo un nuovo record di distanza per il nostro team; l’aspetto più importante di JADES-GS-z14-0 è che a questa distanza, sappiamo che questa galassia deve essere intrinsecamente molto luminosa.
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 è diverse centinaia di milioni di volte la massa del Sole! Questo 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 così blu come potrebbe essere, indicando che parte della luce è arrossata dalla polvere, anche in questi tempi molto antichi”.
Il ricercatore JADES Jake Helton dello Steward Observatory e dell’Università dell’Arizona ha anche identificato che JADES-GS-z14-0 è stato rilevato a lunghezze d’onda maggiori con il MIRI (Mid-Infrared Instrument) di Webb, un risultato notevole considerando la sua distanza.
L’osservazione MIRI copre le lunghezze d’onda della luce che sono state emesse nella gamma della luce visibile, che sono spostate verso il rosso fuori dalla portata degli strumenti nel vicino infrarosso di Webb.
L’analisi di Jake indica che la luminosità della sorgente implicita nell’osservazione MIRI è superiore a quella che verrebbe estrapolata dalle misurazioni degli altri strumenti Webb, indicando la presenza di una forte emissione di gas ionizzato nella galassia sotto forma di linee di emissione luminose da idrogeno e ossigeno.
La presenza di ossigeno così presto nella vita di questa galassia è una sorpresa e suggerisce che più generazioni di stelle molto massicce avevano già vissuto la loro vita prima che osservassimo la galassia.
“Tutte queste osservazioni, insieme, ci dicono che JADES-GS-z14-0 non è come i tipi di galassie che sono state previste dai modelli teorici e dalle simulazioni al computer per esistere nell’universo primordiale. Data la luminosità osservata della sorgente, possiamo prevedere come potrebbe crescere nel tempo cosmico, e finora non abbiamo trovato alcun analogo adatto dalle centinaia di altre galassie che abbiamo osservato ad alto redshift nella nostra indagine. 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 concomitante di JADES.
È probabile che gli astronomi troveranno molte di queste galassie luminose, forse in tempi ancora precedenti, nel prossimo decennio con Webb. Siamo entusiasti di vedere la straordinaria diversità di galassie che esistevano all’alba dell’universo”.
