Nell’Universo primordiale, molto prima che avessero avuto il tempo di crescere, gli astronomi hanno trovato quello che chiamano ‘mostri rossi’: tre grandi galassie, quasi grandi quanto la Via Lattea. È una scoperta impegnativa per diverse ragioni, non ultimo il fatto che contraddice la nostra comprensione di come si siano formate le galassie, quando il tempo e lo spazio erano neonati che gorgogliavano nel vuoto.
La questione delle galassie ‘impossibilmente’ massive poco dopo il Big Bang ha tormentato gli astronomi fin dalle prime immagini del telescopio spaziale James Webb, dice l’astronomo Ivo Labbé della Swinburne University of Technology. È come trovare un bambino che pesa 100 chilogrammi. JWST ha ora dimostrato che i mostri vagano nell’Universo primordiale.
Sulla base di osservazioni e analisi accurate, abbiamo un’idea abbastanza chiara di come si svolgano molti processi cosmici. Ma un periodo cruciale ci sfugge: l’Universo primordiale, noto come Alba Cosmica, il primo miliardo di anni dopo il Big Bang. Abbiamo alcune idee su come velocemente l’Universo si sia assemblato dal plasma primordiale che permeava il cosmo primordiale, ma le prove osservative sono state un po’ più difficili da ottenere.
Con l’avvento di JWST, siamo stati in grado di raccogliere quelle prove. Mentre i confini lontani dello spazio si allontanano, la luce degli oggetti al suo interno si allunga fino alle lunghezze d’onda infrarosse con cui il potente telescopio spaziale osserva l’Universo, fornendoci la sonda più potente finora per l’Alba Cosmica.
Secondo i nostri modelli, le galassie impiegano del tempo per assemblarsi e crescere. Non siamo del tutto certi dei dettagli, ma il modello più popolare coinvolge ammassi di materia oscura, in cui la materia barionica (o normale) viene raccolta gravitazionalmente. Man mano che sempre più materia barionica si accumula, inizia a coalescersi in stelle, vorticando intorno a un gigantesco buco nero nel centro galattico.
Anche se le galassie appaiono piuttosto rapidamente dopo il Big Bang, il tasso di crescita pensato era troppo lento per far emergere galassie massive durante l’Alba Cosmica. Quindi, quando JWST ha rivolto il suo occhio dorato verso l’Universo primordiale e ha iniziato a vedere segni di galassie più grandi del previsto, gli astronomi e i cosmologi sono rimasti perplessi.
Una spiegazione potenziale offerta all’inizio di quest’anno è che quelle galassie sovradimensionate non sono così grandi come sembrano; la luce emessa dal materiale intorno ai loro buchi neri centrali è semplicemente molto luminosa, facendo sembrare le galassie più grandi di quanto siano. E una scoperta recente ha rivelato che i buchi neri possono, per brevi periodi, illuminare le loro galassie con una luminosità molto elevata.
Questo potrebbe essere il caso per alcune delle galassie. Ma la nuova ricerca, guidata dall’astronomo Mengyuan Xiao dell’Università di Ginevra in Svizzera, mostra che, in almeno alcuni casi, quando sembra una galassia massiccia e gracchia come una galassia massiccia, è effettivamente una galassia massiccia.
Le osservazioni sono state condotte per il programma FRESCO di JWST, una collaborazione internazionale per ottenere misurazioni accurate di distanza e massa per le galassie nell’Universo primordiale. La maggior parte delle galassie studiate dal team si adatta ai modelli esistenti per l’evoluzione delle galassie, ma tre si sono davvero distinte come anomale. Ciascuno di questi mostri rossi era quasi grande quanto la Via Lattea.
Nessuno di loro contraddice effettivamente il modello cosmologico attuale, né la principale teoria sulla materia oscura; ma suggeriscono che le galassie stanno convertendo la materia barionica in stelle a un tasso due o tre volte superiore rispetto alle galassie più efficienti nella formazione stellare in epoche più recenti dell’Universo.
Ma le galassie sfidano la nostra comprensione del tasso a cui le stelle possono formarsi. Se una galassia è molto attiva, dovrebbe contenere un alto tasso di feedback, forze che spingono via il materiale che forma le stelle, limitando il tasso a cui nuove stelle possono formarsi. Quindi, non sorprende che sembri che ci sia qualcosa che non sappiamo.
I modelli attuali non riescono a spiegare come sia possibile che la formazione stellare sia così super-efficiente, molto presto nell’Universo, dice Labbé. L’assunzione usuale è che le stelle che esplodono e i buchi neri supermassicci uccidano la formazione stellare, spegnendo la candela. Senza dubbio le future osservazioni di Webb ci forniranno indizi su ciò che ci manca.
I risultati del team sono stati pubblicati su Nature.
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