James Webb trova galassie luminose più antiche del previsto

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Una galassia luminosa risalente a 400 milioni di anni dopo il Big Bang è stata individuata dal James Webb Space Telescope (JWST), secondo uno studio pubblicato su The Astrophysical Journal Letters, di cui sono coautori astronomi italiani¹.

La galassia fa parte di un ammasso che il telescopio ha osservato nell'ultimo anno e che appartiene a un'epoca dell'Universo in cui galassie così grandi e luminose non sono previste dalla teoria cosmologica standard. I teorici stanno ora cercando di spiegare questi risultati.

Il JWST, lanciato nel dicembre 2021, consente di vedere più indietro nel tempo rispetto al suo predecessore Hubble. Cattura immagini di galassie con uno redshift (la variazione di frequenza della radiazione proveniente da oggetti lontani dovuti all'espansione accelerata dell'Universo) maggiore, che esistevano quindi in un tempo remoto.

Da quando i primi risultati del JWST hanno iniziato a circolare, gli astronomi sono stati sorpresi da immagini di galassie luminose con redshift superiore a 10, corrispondente a meno di mezzo miliardo di anni dopo il Big Bang. Quella riportata nell'articolo ha un redshift stimato di 12. Ciò significa che l'immagine rappresenta la galassia come appariva circa 400 milioni di anni dopo l'inizio dell'Universo.

In queste fasi preliminari di analisi dei dati, il redshift è stato stimato a partire dalla fotometria, che è un'elaborazione delle immagini stesse e può contenere errori. Per questo motivo gli scienziati si riferiscono a questi risultati come galassie "candidate". La galassia studiata era stata descritta in un preprint quest'estate con un redshift di 14, ed etichettata come la più antica mai osservata, ma questa stima è stata successivamente corretta a 12.

La misura definitiva dovrebbe essere fornita da un'analisi più dettagliata della luce emessa dalla galassia, chiamata spettrometria.

"È sorprendente trovare così tante galassie luminose nei primi miliardi di anni dopo il Big Bang, quando solo una piccola percentuale di stelle si era formata", afferma Marco Castellano, ricercatore dell'Osservatorio Astronomico di Roma-INAF e coautore del lavoro.

"Il modello cosmologico standard dice che le grandi galassie si formano aggregando quelle più piccole", spiega Andrea Ferrara, cosmologo della Scuola Normale Superiore di Pisa, non coinvolto nell'articolo. “Andando indietro nel tempo, ci aspettavamo di trovare galassie più piccole e più deboli".

I fisici stanno avanzando una serie di ipotesi per spiegare le osservazioni del JWST. Una possibilità è che queste galassie siano state individuate per caso in un momento in cui si trovano in un picco di formazione stellare, il che porta a un'elevata luminosità. Un'altra possibilità è che i venti stellari abbiano rimosso molta polvere intorno ad esse, facendole apparire molto luminosa senza che siano davvero di grandi dimensioni. Può anche darsi che il JWST abbia osservato per caso le poche zone del cielo in cui si concentrano queste galassie "anomale". e che non se ne trovino altrettante in campioni più ampi.

Se una di queste ipotesi fosse vera, il modello cosmologico standard sarebbe preservato. Ma la teoria vacillerebbe se il JWST trovasse molte galassie con grande redshift che sono anche molto massicce.

"Ci vuole un tempo considerevole perché si formi una galassia", afferma Charlotte Mason, cosmologa dell'Università di Copenaghen, che non ha partecipato allo studio. "Anche nel caso in cui si ipotizzi che tutto il gas che queste galassie stanno accumulando venga convertito in stelle, non si potrebbe comunque formare una tale massa in un periodo di tempo così breve".

Se così fosse, una possibile spiegazione implicherebbe di retrodatare il Big Bang, lasciando un lasso di tempo abbastanza lungo dopo l'inizio dell'Universo per far crescere galassie così grandi. "È emozionante trovarsi in un periodo in cui una teoria consolidata può essere messa in discussione", conclude Mason.