Fotomontaggio di immagini riprese dal telescopio spaziale James Webb. I tre “mostri rossi” rappresentano galassie estremamente massicce e polverose nel primo miliardo di anni dopo il Big Bang, indicando che l’Universo ha formato le stelle in modo più efficiente del previsto.
NASA/CSA/ESA, M. Xiao & PA Oesch (Università di Ginevra), G. Brammer (Istituto Niels Bohr), Archivio Dawn JWST
Secondo il modello teorico preferito dagli scienziati, le galassie si formano gradualmente all’interno di vasti aloni di materia oscura. Questi catturano il gas (atomi e molecole) per creare strutture collegate dalla gravitazione. In genere, solo il 20% di questo gas viene convertito in stelle nelle galassie.
Tuttavia, le nuove scoperte di un team internazionale guidato dall’Università di Ginevra (UNIGE) e utilizzando il James Webb Space Telescope (JWST) della NASA mettono in discussione questa teoria. Pubblicati su Nature, rivelano che le massicce galassie dell’Universo primordiale potrebbero essere state molto più efficienti nella costruzione di stelle rispetto alle loro controparti successive, e che sono cresciute molto più velocemente di quanto si pensasse finora.
Rossi a causa del loro contenuto di polvere
Le impareggiabili capacità di JWST hanno permesso agli astronomi di studiare le galassie nell’Universo molto distante e quindi giovane, e di ottenere informazioni su galassie massicce e galassie oscurate dalla polvere. Analizzando le galassie dello studio FRESCO, gli scienziati hanno scoperto che la maggior parte delle fonti sono coerenti con i modelli teorici esistenti.
Tuttavia, hanno scoperto anche tre galassie sorprendentemente massicce, la cui massa stellare è paragonabile a quella dell’attuale Via Lattea. Queste galassie formano stelle con un’efficienza quasi doppia rispetto alle loro controparti di massa inferiore e alle galassie più vecchie. A causa del loro alto contenuto di polvere, che conferisce loro un distinto aspetto rosso nelle immagini JWST, sono stati soprannominati i tre “mostri rossi”.
“I nostri risultati ridefiniscono la nostra comprensione della formazione delle galassie nell’Universo giovane”, afferma Mengyuan Xiao, autore principale del nuovo studio e ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di Astronomia della Facoltà di Scienze dell’UNIGE. David Elbaz, direttore della ricerca presso il CEA Paris-Saclay, aggiunge: “Le proprietà massicce di questi ‘mostri rossi’ non erano state determinate prima del JWST, perché sono otticamente invisibili a causa dell’attenuazione della polvere.”
Il team internazionale ha sviluppato un nuovo programma con JWST per analizzare sistematicamente un campione completo di galassie con linee di emissione nei primi miliardi di anni di storia cosmica. Questo approccio ha permesso al team di ottenere stime accurate delle distanze e misurazioni affidabili della massa stellare per l’intero campione di galassie.
“Lo strumento a bordo del telescopio spaziale, la spettroscopia NIRCam/grisma, ci permette di identificare e studiare la crescita delle galassie nel tempo e di ottenere un quadro più chiaro di come si accumula la massa stellare nel corso della storia cosmica”, spiega Pascal Oesch, associato professore presso il Dipartimento di Astronomia dell’UNIGE, ricercatore principale di questo programma di osservazione.
Efficienza inaspettata
Sebbene questi risultati non contraddicano il modello cosmologico standard, sollevano nuove domande per le teorie sulla formazione delle galassie, in particolare il problema delle galassie “troppe e troppo massicce” nell’Universo primordiale. Potrebbe essere necessario che i modelli attuali tengano conto dei processi unici che hanno permesso ad alcune prime galassie massicce di raggiungere una formazione stellare così efficiente e quindi di formarsi molto rapidamente, molto presto nell’Universo.
Le future osservazioni di JWST e dell’Atacama Large Millimeter Array (ALMA) aiuteranno a saperne di più su questi “mostri rossi” ultramassicci e a rivelare campioni più grandi da queste fonti. “Questi risultati indicano che le galassie nell’Universo primordiale erano in grado di formare stelle con un’efficienza inaspettata. Quando studieremo queste galassie in modo più approfondito, offriranno nuove intuizioni sulle condizioni che hanno modellato le prime epoche dell’Universo. I mostri rossi sono solo l’inizio di una nuova era nella nostra esplorazione dell’Universo primordiale”, conclude il dottor Mengyuan Xiao.
