Gli astronomi trovano la galassia più lontana utilizzando il telescopio spaziale James Webb

30 maggio 2024

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da Peter Edmonds, Centro Harvard-Smithsonian per l'Astrofisica

Un team internazionale di astronomi ha oggi annunciato la scoperta delle due galassie più lontane e antiche mai viste, risalenti a soli 300 milioni di anni dopo il Big Bang. Questi risultati, ottenuti con il telescopio spaziale James Webb della NASA (JWST), rappresentano una pietra miliare nello studio dell'universo primordiale.

Le scoperte sono state fatte dal team del Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) del JWST. Daniel Eisenstein del Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) è uno dei leader del team di JADES e Principal Investigator del programma di osservazione che ha rivelato queste galassie. Ben Johnson e Phillip Cargile, entrambi ricercatori al CfA, e Zihao Wu, un dottorando di Harvard al CfA, hanno svolto un ruolo importante.

A causa dell'espansione dell'universo, la luce dalle galassie lontane si allunga a lunghezze d'onda maggiori man mano che viaggia. Questo effetto è così estremo per queste due galassie che la loro luce ultravioletta viene spostata verso lunghezze d'onda infrarosse visibili solo dal JWST. Poiché la luce impiega tempo per viaggiare, le galassie più lontane sono viste anche come erano in un momento precedente.

Le due galassie che hanno stabilito il record si chiamano JADES-GS-z14-0 e JADES-GS-z14-1, la prima essendo la più lontana delle due. Oltre a essere il nuovo detentore del record di distanza, JADES-GS-z14-0 è notevole per le sue dimensioni e la sua luminosità.

"La dimensione della galassia dimostra chiaramente che la maggior parte della luce è prodotta da un gran numero di giovani stelle", ha detto Eisenstein, professore ad Harvard e presidente del dipartimento di astronomia, "piuttosto che da materiale che precipita su un buco nero supermassiccio nel centro della galassia, che apparirebbe molto più piccolo".

La combinazione di una luminosità estrema e il fatto che le giovani stelle alimentino questa alta luminosità rende JADES-GS-z14-0 la più sorprendente evidenza finora trovata della formazione rapida di grandi galassie massicce nell'universo primordiale.

"JADES-GS-z14-0 diventa ora l'archetipo di questo fenomeno", afferma il dott. Stefano Carniani della Scuola Normale Superiore di Pisa, primo autore del paper di scoperta. "È incredibile che l'universo possa creare una galassia così grande in soli 300 milioni di anni".

Evidenze di galassie molto attive fin dall'inizio sono apparse fin dalle prime immagini di JWST e si sono accumulate nei primi due anni della missione. Questa tendenza contraddice le aspettative che molti astronomi avevano prima del lancio di JWST riguardo alla teoria della formazione delle galassie.

JADES-GS-z14-0 era un mistero per il team di JADES quando lo hanno individuato per la prima volta un anno fa, poiché sembra vicino nel cielo a una galassia in primo piano, così il team non poteva essere sicuro che le due non fossero vicine. Ma nell'ottobre 2023, il team di JADES ha condotto un'immagine ancora più profonda, cinque giorni pieni con la Near-Infrared Camera del JWST su un solo campo, e ha utilizzato filtri progettati per isolare meglio le galassie più antiche.

"Non riuscivamo a vedere alcun modo plausibile di spiegare questa galassia come semplice vicina della galassia più vicina", afferma il dott. Kevin Hainline, ricercatore all'Università dell'Arizona.

La galassia si trova in un campo in cui la Mid-Infrared Instrument di JWST aveva condotto un'osservazione ultra-profonda. La sua luminosità a lunghezze d'onda infrarosse intermedie è un segno di emissione da atomi di idrogeno e persino di ossigeno nell'universo primordiale.

"Nonostante sia così giovane, la galassia è già al lavoro per creare gli elementi a noi familiari sulla Terra", ha detto Zihao Wu, co-autore di un secondo documento su questa scoperta, guidato da Jakob Helton, studente di dottorato presso l'Università dell'Arizona.

Incoraggiato, il team ha poi ottenuto uno spettro di ciascuna galassia e ha confermato le loro speranze che JADES-GS-z14-0 fosse effettivamente una galassia record e che il candidato più debole, JADES-GS-z14-1, fosse quasi lontano.

Un terzo documento, diretto da Brant Robertson, professore presso l'University of California-Santa Cruz, e Ben Johnson, studia l'evoluzione di questa popolazione di galassie.

"Questo incredibile oggetto dimostra che la formazione di galassie nell'universo primordiale è molto rapida e intensa", ha detto Johnson, "e JWST ci permetterà di trovare altre di queste galassie, forse quando l'universo era ancora più giovane. È una meravigliosa opportunità per studiare come iniziano le galassie".

Tutti e tre i documenti sono attualmente disponibili sul server di preprint arXiv.

Maggiori informazioni: Una brillante alba cosmica: conferma spettroscopica di due galassie luminose a z∼14, arXiv:2405.18485 [astro-ph.GA]

JWST/MIRI photometric detection at 7.7 μm of the stellar continuum and nebular emission in a galaxy at z>14, arXiv:2405.18462 [astro-ph.GA] arxiv.org/abs/2405.18462

Journal information: arXiv

Provided by Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics