Una debole e lontana galassia fa luce sull’età oscura dell’universo

Una lontana galassia dagli albori dell’universo è stata visualizzata com’era 13,3 miliardi di anni fa dagli strumenti del telescopio spaziale James Webb in abbinamento con la fortunata coincidenza di un fenomeno fisico noto come lente gravitazionale.

Nelle prime fasi dopo il Big Bang l’universo caldo e denso presentava un elevatissimo livello di ionizzazione, con i fotoni che vengono continuamente emessi e riassorbiti da altre particelle. Passati 380.000 anni esso iniziò a raffreddarsi attraversando quella che gli astronomi definiscono Era Oscura.

Elettroni e protoni iniziarono a combinarsi creando idrogeno che prese ad addensarsi a causa della gravità; in questo scenario i fotoni venivano assorbiti dal gas stesso rendendo l’universo un luogo buio fino a quando proprio l’addensamento dei gas non causò l’origine alle prime stelle in quella denominata Era della Reionizzazione, completatasi un miliardo di anni dopo il Big Bang.

JD1 è la più debole e fra le più antiche galassie mai osservate

Stabilire quali tipologie di galassie dominassero quell’era è uno degli obiettivi più importanti della ricerca astronomica ma finora mancavano gli strumenti realmente adeguati a indagare in questo senso: tale limite viene finalmente superato grazie al telescopio spaziale Webb e alla sua capacità di analizzare con grande accuratezza nella radiazione infrarossa.

Un team internazionale di ricercatori guidato da astrofisici dell’UCLA può oggi confermare l’individuazione di JD1, la più debole galassia mai vista nell’universo primordiale, appartenente alla tipologia di galassie che bruciarono in quella nebbia di atomi di idrogeno permettendo alla luce di risplendere attraverso l’universo, modellandolo nella forma in cui esiste oggi.

La maggior parte delle antiche galassie finora individuate dal James Webb Space Telescope è luminosa e sebbene per altri aspetti si tratti di osservazioni importanti non è questo genere di oggetti a rappresentare la prima generazione di galassie che iniziò a perforare la nebbia di idrogeno, perché sono piuttosto rare.

Secondo i ricercatori sono invece, per la loro numerosità, proprio le galassie ultra-deboli come JD1 ad aver condotto il processo di reionizzazione, consentendo alla luce ultravioletta di viaggiare senza ostacoli attraverso il tessuto dello spaziotempo.

L’effetto lente gravitazionale si conferma una preziosissima opportunità di studio e scoperta

JD1 si trova dal nostro punto di vista dietro un grande ammasso composto di diverse galassie chiamato Abell 2744 la cui forza gravitazionale riesce a piegare e amplificare la luce di JD1: essa ci appare così di maggiori dimensioni e 13 volte più luminosa di quanto sarebbe senza l’effetto lente gravitazionale. È anzi talmente debole e lontana che senza questo fortuito ausilio naturale non saremmo stati in grado di osservarla.

NIRSpec, lo spettrografo del telescopio Webb per le osservazioni nel vicino infrarosso, consente di determinare l’età precisa e la distanza dalla Terra di una galassia e fornisce informazioni anche sul numero di stelle che contiene e la quantità di polveri e particelle pesanti. La combinazione di questi dati con quelli di un altro strumento, il NIRCam, ha rivelato dettagli più precisi sull’antica galassia, come i tre principali ammassi allungati di polveri e gas dove si stanno formando le stelle e di tracciarne la luce fino alla fonte e forma originale.

Le radiazioni ultraviolette delle prime stelle perforarono il gas neutro primordiale

JD1 è una galassia compatta, presenta dimensioni che sono appena una frazione rispetto alle galassie più vecchie come la nostra Via Lattea, nata 13,6 miliardi di anni fa. E considerando il tempo impiegato dalla luce per giungere fino a noi, vediamo JD1 come appariva 13,3 miliardi di anni fa, circa cinquecento milioni di anni dopo il Big Bang.

I ricercatori non nascondono l’entusiasmo per le possibilità offerte dal nuovo telescopio spaziale, prima del quale sarebbe stato impensabile poter confermare l’osservazione di una galassia tanto debole. Sfruttando le capacità di nuovi strumenti come il Webb e applicandoli a fenomeni come le lenti gravitazionali si sta riscrivendo la storia delle prime fasi di vita dell’universo.

Fonte: The nature of an ultra-faint galaxy in the cosmic dark ages seen with JWST, Nature (maggio 2023).

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