Nessuno se li aspettava. Non dovevano essere lì. E ora, nessuno può spiegare come si sono formati.
Le galassie nell’ammasso della Via Lattea e piene di stelle rosse mature sembrano essere disperse nelle immagini di campo profondo ottenute dal James Webb Space Telescope (Webb, o JWST) durante la prima campagna osservativa, e stanno causando mal di testa agli astronomi.
Queste galassie, descritte in un nuovo studio basato sul primo rilascio di dati di Webb, sono così lontane da apparire solo come minuscoli puntini rossi a un potente telescopio. Analizzando la luce emessa da queste galassie, gli astronomi hanno stabilito che le stavano osservando all’inizio del nostro universo, solo da 500 a 700 milioni di anni dopo il Big Bang.
Queste prime galassie non sono sorprendenti di per sé. Gli astronomi si aspettavano che i primi ammassi stellari apparissero poco dopo che l’universo fosse emerso dai suoi cosiddetti secoli bui, i primi 400 milioni di anni della sua esistenza, quando una fitta foschia di atomi di idrogeno permeava lo spazio.
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Ma le galassie nelle immagini di Webb sembravano incredibilmente grandi e le stelle in esse molto vecchie. Le nuove scoperte contraddicono le idee attuali su come l’universo è apparso e si è evoluto nei suoi primi anni e non corrispondono alle precedenti osservazioni fatte dal predecessore meno potente di Webb, il telescopio spaziale Hubble.
“Avevamo previsioni specifiche per il tipo di galassie che vivevano nell’universo primordiale: sono piccole e piccole”, ha detto a SpaceX Joel Lega, assistente professore di astronomia e astrofisica alla Penn State e uno degli autori dello studio. “Precedenti studi sull’universo primordiale usando Hubble e altri strumenti tendevano a trovare piccole galassie blu nei primi tempi: oggetti che si sono formati di recente dal brodo cosmico primordiale e stavano costruendo loro stessi le loro prime stelle e strutture”.
Le stelle giovani generalmente brillano di un blu brillante. Man mano che invecchiano, le stelle si illuminano di rosso mentre bruciano attraverso il loro carburante e si raffreddano. Nelle antiche galassie che Webb doveva scoprire, gli astronomi non si aspettavano di vedere antiche stelle rosse. Né si aspettavano di trovare galassie più massicce di forse un miliardo di soli. Ma Liga ha detto che quei punti rossi rilevati nei campi profondi di Webb sembrano essere 50 volte più grandi di quello.
“Si stima che le galassie più massicce nel nostro campione abbiano masse [two to four times lower] Lega ha scritto della nostra galassia, la Via Lattea. “È stato sorprendente: abbiamo trovato galassie candidate massicce come le nostre quando l’universo aveva solo il 3% della sua età attuale”.
Lega ha affermato che prima che gli astronomi possano iniziare a riscrivere le teorie della cosmologia per spiegare come queste galassie si siano unite così rapidamente dopo il Big Bang, dovranno assicurarsi che i singoli punti rossi che stanno osservando non siano qualcos’altro. La maggior parte delle spiegazioni alternative richiede anche concetti completamente nuovi, ha affermato Lega.
“Ad esempio, le stelle nell’universo primordiale possono emettere luce in modi strani a causa della loro mancanza di elementi pesanti, e potremmo non incorporarle nei nostri modelli”, ha scritto Lega. In alternativa, forse la nostra comprensione di come le stelle si formano localmente, per esempio quante stelle si formano dal gas in funzione della massa stellare, è completamente impraticabile nell’universo primordiale.Anche queste cose saranno entusiasmanti da scoprire e capovolgeranno anche la nostra comprensione delle stelle formazione nell’universo primordiale – In un modo completamente diverso.”
Le immagini che hanno rivelato queste galassie sfuggenti sono state ottenute dalla Near Infrared Webcam (NIRCam) come parte del programma Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS). Gli astronomi hanno in programma di riportare presto lo specchio di Webb su queste galassie, questa volta, per ottenere spettri di luce per quei punti lontani. Gli spettri dividono la luce osservata in base alla sua configurazione di lunghezza d’onda, rivelando così le proprietà chimiche e fisiche della sua sorgente.
“La cosa più importante è che gli spettri diano distanze molto precise a questi oggetti”, ha detto Lega. La “distanza” e l’“identità” di questi oggetti sono interdipendenti: se conosciamo la distanza, possiamo definire l’identità, e viceversa. Quindi lo spettro ci dirà immediatamente se le nostre ipotesi sono corrette. “
Poco più di sei mesi dopo che il team di Webb ha effettuato le prime osservazioni dal Large Observatory, gli scienziati stanno già affrontando la sfida di riscrivere le loro teorie sull’universo primordiale.
“Abbiamo esaminato l’universo primordiale per la prima volta e non avevamo idea di cosa avremmo trovato”, ha detto Lega in una dichiarazione dell’Università della Pennsylvania.
“Si scopre che abbiamo trovato qualcosa di così inaspettato che in realtà crea problemi alla scienza. Mette in discussione l’intero quadro della prima formazione delle galassie”.
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista natura Mercoledì (22 febbraio).
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