In una prima volta, JWST ha rilevato la luce stellare proveniente da galassie lontane con quasar.

CAMBRIDGE, MASS. - Per la prima volta, gli astronomi hanno rilevato la luce delle stelle proveniente dalle galassie distanti che ospitano i buchi neri supermassicci estremamente luminosi chiamati quasar.

I dati dal telescopio spaziale James Webb hanno rivelato che quattro di queste galassie sono massive, compatte e possibilmente a forma di disco, riportano gli astronomi il 12 giugno al meeting JWST First Light. Lo studio delle galassie potrebbe aiutare a risolvere il mistero su come i buchi neri dell'universo primordiale sono cresciuti così rapidamente (SN: 1/18/21).

“Da quando sono stati scoperti i quasar [distanti], ci sono stati studi per cercare di individuare le loro galassie ospiti”, ha detto l'astrofisico del MIT Minghao Yue. Ma prima dell'arrivo dei nitidi occhi infrarossi del JWST, non era possibile. “Questo apre nuove finestre per finalmente comprendere i quasar luminosi e le loro galassie ospiti”.

I quasar sono buchi neri che si nutrono così furiosamente da riscaldare a temperature incandescenti il materiale che inghiottono, rendendoli più luminosi delle stelle nelle galassie circostanti. Sono così luminosi e distanti che appaiono come un singolo punto di luce simile a una stella.

Due gruppi indipendenti hanno utilizzato questa caratteristica a forma di stella per cancellare la luce del buco nero dalle immagini delle loro galassie, come uno scultore che incoraggia una figura a emergere dal marmo.

Yue e i suoi colleghi hanno usato JWST per osservare sei galassie che ospitano quasar. Nello stesso periodo, Xuheng Ding, astrofisico del Kavli Institute for the Physics and Mathematics dell'Università di Tokyo, e i suoi colleghi hanno utilizzato JWST per osservare un altro paio di quasar. La luce di tutti i quasar è stata emessa più di 12,8 miliardi di anni fa, ovvero meno di un miliardo di anni dopo il Big Bang.

Le squadre hanno utilizzato stelle reali nelle immagini per simulare le forme a stella dei quasar. Poi hanno sottratto il quasar simulato dall'immagine di ogni intera galassia e voilà: rimaneva solo la luce delle stelle.

Il team di Ding ha avuto una visione diretta di entrambe le loro galassie, mentre il team di Yue ha intravisto due delle loro sei. Tutte le galassie misurate sembrano essere meno di un decimo della larghezza della Via Lattea, misurando tra i 2.600 e gli 8.000 anni luce di diametro. Le due galassie osservate da Yue e i suoi colleghi contengono abbastanza stelle da costituire tra 10 miliardi e 100 miliardi di volte la massa del sole, stimano i ricercatori. Il duo osservato da Ding e i suoi colleghi pesa circa 25 miliardi e 63 miliardi di masse solari, ha riferito il team al meeting e in uno studio che apparirà su Nature.

Queste masse sono confrontabili con quelle di tutte le stelle della Via Lattea, che in totale ammontano a circa 60 miliardi di volte la massa del sole. Ciò è sorprendentemente massiccio per così presto nella storia dell'universo.

Inoltre, le galassie sembrano infrangere una regola stabilita dalle osservazioni di galassie nell'universo vicino. A livello locale, le galassie tendono a spartire la loro massa tra le stelle e i buchi neri in modo prevedibile: maggior è il suo buco nero supermassiccio centrale, più stelle ha una galassia. Queste galassie sembrano avere più massa nel loro buco nero di quanto il loro quantitativo di stelle dovrebbe permettere.

“Almeno per questi quasar luminosi, sono veramente sovrappeso”, ha detto Yue.

I calcoli di massa potrebbero dimostrarsi sovrastimati, dice l'astrofisico Paul Shapiro dell'Università del Texas ad Austin, che non ha partecipato a nessuno dei due studi. La conversione della luce che il JWST può vedere in stelle si basa su supposizioni su quante stelle di varie masse ha una galassia. Le galassie moderne hanno molte più stelle deboli e leggere che pesanti e luminose, quindi gli astronomi assumono normalmente che le stelle più luminose che vedono siano solo la punta dell'iceberg. Ma potrebbe non essere stato il caso 800 milioni di anni dopo il Big Bang, dice Shapiro.

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“Stai osservando la coda e deducendo il cane”, dice. “Se ci fosse una distribuzione di massa che favorisse le stelle ad alta massa, potresti sovrastimare significativamente la massa associata alla luce.”

Ma “il fatto che riusciamo a vederlo è molto eccitante”, dice l'astronoma Madeline Marshall del National Research Council del Canada a Victoria. Il fatto che due gruppi riportino indipendentemente la luce delle stelle dai quasar ospiti è molto convincente, dice.

“Prima del JWST, non potevamo rilevare le galassie ospiti di [distanti] quasar”, ha detto al meeting. “Ora, con solo il primo anno di osservazioni... possiamo rilevare effettivamente alcune di queste galassie per la prima volta”.

Questi primi pochi quasar ospiti sono solo l'inizio, dice Ding. JWST è programmato per osservare almeno altri 10, alcuni dei quali ancora più lontani. Un campione più ampio aiuterà gli astronomi a comprendere gli enigmi del cosmo su come i buchi neri e le galassie si influenzano a vicenda mentre crescono.

“We don’t know how black holes can be so big in the early universe,” Ding says. “You need to understand the environment of this monster, how it can collect so much matter to it. So knowing the conditions — the mass of the host galaxies, for example — at least then you can say how their local environment is.”

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