Telescopio James Webb scopre una delle prime galassie dell’universo

Gli scienziati hanno scoperto una galassia com’era 13 miliardi di anni fa, 800 milioni di anni dopo il Big Bang. Contiene possibili tracce delle prime stelle dell’universo ed è una delle galassie chimicamente più primitive osservate finora.

Le prime stelle e galassie sono difficili da osservare perché sono molto distanti e la loro luce è estremamente debole. Ma grazie al telescopio spaziale James Webb, non dobbiamo più rimanere all’oscuro della loro esistenza. Questo osservatorio da 10 miliardi di dollari è stato lanciato nel 2021 e può scrutare indietro nel tempo fino al momento in cui si stavano formando le prime galassie e stelle.

In un articolo pubblicato sulla rivista Nature , un team di scienziati guidato da Kimihiko Nakajima, astronomo dell’Università di Kanazawa, in Giappone, descrive come ha utilizzato il telescopio per studiare una porzione dell’universo profondo e ha scoperto una debole galassia chiamata LAP1-B. “LAP1-B rappresenta un ‘fossile in formazione’, un progenitore diretto ad alto redshift delle antiche galassie nane ultra-deboli osservate nell’universo locale”, hanno scritto.

Una lente d’ingrandimento nello spazio

Poiché la galassia è così piccola e distante, normalmente sarebbe impossibile vederla. Tuttavia, è stata individuata grazie a un fenomeno noto come lente gravitazionale , in cui un massiccio ammasso di galassie più vicine agisce come una gigantesca lente d’ingrandimento, amplificando la luce proveniente da LAP1-B di 100 volte.

Gli scienziati si resero conto che la maggior parte della luce proveniente dalla galassia non proveniva dalle stelle, bensì da nubi di gas incandescenti. Analizzarono questa luce scomponendola in uno spettro e studiando le linee di emissione, che rivelarono la composizione chimica del gas.

Hanno scoperto che la galassia non contiene quasi nessun elemento pesante e che la sua abbondanza di ossigeno è circa 240 volte inferiore a quella del Sole, il che la rende una delle galassie a formazione stellare più primitive mai osservate.

Le linee di emissione hanno inoltre rivelato un’intensa radiazione ionizzante, proprio ciò che gli scienziati si aspettano di osservare dalle stelle di prima generazione.

Il team ha inoltre misurato un elevato rapporto carbonio-ossigeno . Questo dato corrisponde alla firma chimica prevista per le prime esplosioni stellari della storia, provenienti da stelle di Popolazione III, le prime stelle ad esistere nell’universo. Le stelle che vediamo oggi sono stelle di Popolazione I, che si sono formate in seguito e contengono più elementi pesanti.

Un’altra scoperta affascinante è che, dopo aver misurato il movimento e la velocità del gas, i ricercatori hanno concluso che la galassia è tenuta insieme da un’enorme nube di materia oscura invisibile.

le prime stelle

Considerando tutti i risultati nel loro insieme, gli scienziati ritengono di aver assistito a una rara istantanea di una fase iniziale della formazione galattica, quando le prime stelle iniziarono a trasformare l’universo. “Le nostre scoperte offrono una rara finestra sulle primissime fasi della formazione galattica.”

Astratto

La formazione delle prime stelle e galassie ha segnato l’inizio dell’arricchimento chimico, eppure le osservazioni dirette di tali sistemi primordiali rimangono elusive. Qui presentiamo osservazioni spettroscopiche del telescopio spaziale James Webb di LAP1-B, una galassia ultra-debole a redshift z _spec = 6,625 ± 0,001, corrispondente a un’età cosmica di 800 milioni di anni dopo il Big Bang. Questa galassia è fortemente ingrandita dalla lente gravitazionale. LAP1-B mostra un’abbondanza di ossigeno in fase gassosa di (4,2 ± 1,8) × 10 ⁻³ volte il valore solare, il che la rende la galassia a formazione stellare chimicamente più primitiva scoperta fino ad oggi. La galassia mostra un campo di radiazione ionizzante eccezionalmente duro, che è incompatibile con popolazioni stellari chimicamente arricchite o buchi neri in accrescimento ma corrisponde alle previsioni teoriche per una popolazione stellare eccezionalmente povera di metalli. ¹ Mostra inoltre un elevato rapporto di abbondanza carbonio-ossigeno per la sua metallicità nel mezzo interstellare, coerente con le rese nucleosintetiche di una popolazione stellare formatasi in assenza di metalli iniziali. ^{2 , 3 , 4} La mancanza di un continuum stellare rilevabile limita la massa stellare a valori inferiori a 3.300 , _M⊙ e la massa dinamica, derivata dalla cinematica delle linee di emissione, supera la massa combinata di stella e gas, il che indica un alone di materia oscura dominante. I nostri risultati identificano LAP1-B come un “fossile in formazione”, un progenitore diretto ad alto redshift delle antiche galassie nane ultra-deboli osservate nell’Universo locale e offrono una rara finestra sulle primissime fasi della formazione galattica.

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