Un team internazionale di astronomi ha utilizzato il telescopio spaziale James Webb della NASA/ESA/CSA per scoprire ammassi stellari legati gravitazionalmente quando l’Universo aveva 460 milioni di anni. Questa è la prima scoperta di ammassi stellari in una galassia neonata meno di 500 milioni di anni dopo il Big Bang.

 

 

Le giovani galassie dell’Universo primordiale hanno attraversato significative fasi di formazione stellare, generando notevoli quantità di radiazioni ionizzanti.

Tuttavia, a causa delle loro distanze cosmologiche, gli studi diretti sul loro contenuto stellare si sono rivelati impegnativi.

Utilizzando Webb, un team internazionale di astronomi ha ora rilevato cinque giovani ammassi stellari massicci nell’arco delle Gemme Cosmiche (SPT0615-JD1), una galassia fortemente illuminata che emetteva luce quando l’Universo aveva circa 460 milioni di anni, guardando indietro al 97% del tempo cosmico.

L’arco delle Gemme Cosmiche è stato inizialmente scoperto nelle immagini del telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA ottenute dal programma RELICS (Reionization Lensing Cluster Survey) dell’ammasso di galassie lente SPT-CL J0615-5746.

“Si pensa che queste galassie siano una fonte primaria dell’intensa radiazione che ha reionizzato l’Universo primordiale”, ha condiviso l’autrice principale Angela Adamo dell’Università di Stoccolma e del Centro Oskar Klein in Svezia. 

“La particolarità dell’arco narrativo delle Gemme Cosmiche è che, grazie alla lente gravitazionale, possiamo effettivamente risolvere la galassia fino a scale parsec!”

Con Webb, il team scientifico può ora vedere dove si sono formate le stelle e come sono distribuite, in modo simile a come il telescopio spaziale Hubble viene utilizzato per studiare le galassie locali.

La visione di Webb offre un’opportunità unica per studiare la formazione stellare e il funzionamento interno delle galassie neonate a una distanza senza precedenti.

“L’incredibile sensibilità e risoluzione angolare di Webb alle lunghezze d’onda del vicino infrarosso, combinate con la lente gravitazionale fornita dal massiccio ammasso di galassie in primo piano, hanno permesso questa scoperta”, ha spiegato Larry Bradley dello Space Telescope Science Institute e PI del programma di osservazione Webb che ha catturato questi dati. “Nessun altro telescopio avrebbe potuto fare questa scoperta”.

“La sorpresa e lo stupore sono stati incredibili quando abbiamo aperto le immagini di Webb per la prima volta”, ha aggiunto Adamo.

“Abbiamo visto una piccola catena di punti luminosi, che si specchiavano da un lato all’altro: queste gemme cosmiche sono ammassi stellari! Senza Webb non avremmo saputo che stavamo guardando ammassi stellari in una galassia così giovane!”

Nella nostra Via Lattea vediamo antichi ammassi globulari di stelle, che sono legati dalla gravità e sono sopravvissuti per miliardi di anni.

Si tratta di vecchie reliquie di intensa formazione stellare nell’Universo primordiale, ma non è ben chiaro dove e quando si siano formati questi ammassi.

L’individuazione di ammassi stellari giovani e massicci nell’arco delle Gemme Cosmiche ci fornisce una visione eccellente delle prime fasi di un processo che potrebbe continuare a formare ammassi globulari.

Gli ammassi appena rilevati nell’arco sono massicci, densi e situati in una regione molto piccola della loro galassia, ma contribuiscono anche alla maggior parte della luce ultravioletta proveniente dalla loro galassia ospite.

Gli ammassi sono significativamente più densi degli ammassi stellari vicini.

Questa scoperta aiuterà gli scienziati a capire meglio come le galassie neonate hanno formato le loro stelle e dove si sono formati gli ammassi globulari.

Il team osserva che questa scoperta collega una varietà di campi scientifici.

“Questi risultati forniscono prove dirette che indicano la formazione di ammassi protoglobulari in galassie deboli durante l’era della reionizzazione, il che contribuisce alla nostra comprensione di come queste galassie siano riuscite a reionizzare l’Universo”, ha spiegato Adamo.

“Questa scoperta pone anche importanti vincoli sulla formazione degli ammassi globulari e sulle loro proprietà iniziali. Ad esempio, le alte densità stellari trovate negli ammassi ci forniscono la prima indicazione dei processi che avvengono al loro interno, fornendo nuove informazioni sulla possibile formazione di stelle molto massicce e semi di buchi neri, entrambi importanti per l’evoluzione delle galassie”.

In futuro, il team spera di costruire un campione di galassie per le quali è possibile ottenere risoluzioni simili.

Sono fiducioso che ci siano altri sistemi come questo in attesa di essere scoperti nell’Universo primordiale, permettendoci di approfondire la nostra comprensione delle galassie primordiali“, ha detto Eros Vanzella dell’INAF – Osservatorio di Astrofisica e Scienze Spaziali di Bologna (OAS), in Italia, uno dei principali contributori al lavoro.

Nel frattempo, il team si sta preparando per ulteriori osservazioni e spettroscopie con Webb. 

“Abbiamo in programma di studiare questa galassia con gli strumenti NIRSpec e MIRI di Webb nel Ciclo 3”, ha aggiunto Bradley. 

“Le osservazioni di NIRSpec ci permetteranno di confermare il redshift della galassia e di studiare l’emissione ultravioletta degli ammassi stellari, che saranno utilizzati per studiare le loro proprietà fisiche in modo più dettagliato. Le osservazioni MIRI ci permetteranno di studiare le proprietà del gas ionizzato. Le osservazioni spettroscopiche ci permetteranno anche di mappare spazialmente il tasso di formazione stellare”.

 

Immagine: ESA/Webb, NASA & CSA, L. Bradley (STScI), A. Adamo (Stockholm University) and the Cosmic Spring collaboration