I dati di Webb suggeriscono che molte delle prime galassie erano lunghe e sottili, non a forma di disco o sferica.

17 gennaio 2024

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di Columbia University

I ricercatori di Columbia che analizzano le immagini del telescopio spaziale James Webb della NASA hanno scoperto che le galassie nell'universo primordiale spesso sono piatte ed allungate, come dei grissini e raramente tonde, come palle di pasta per la pizza.

"Circa il 50-80% delle galassie che abbiamo studiato sembrano essere appiattite in due dimensioni," ha spiegato Viraj Pandya, un ricercatore NASA Hubble Fellow presso la Columbia University ed autore principale di un nuovo articolo che apparirà su The Astrophysical Journal, che descrive i risultati. L'articolo è attualmente pubblicato sul server di pre-stampa arXiv.

"Le galassie che assomigliano a grissini sottili e lunghi sembrano essere molto comuni nell'universo primordiale, cosa sorprendente dato che sono insolite tra le galassie dell'universo odierno."

Il team si è concentrato su un vasto campo di immagini in infrarosso vicine fornite da Webb, conosciuto come Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) Survey, selezionando galassie stimate essere esistite quando l'universo aveva un'età compresa tra 600 milioni e 6 miliardi di anni.

Mentre la maggior parte delle galassie lontane sembra dei grissini, altre hanno la forma di pizze e palle di pasta per la pizza. Le galassie a forma di "palle di pasta per la pizza", o galassie a forma di sfera, sembrano essere il tipo di galassia più piccolo e sono state anche le meno frequentemente identificate. Le galassie a forma di pizza sono state trovate essere grandi quanto le galassie a forma di grissino lungo il loro asse più lungo. "Sono più comuni nell'universo vicino, che, a causa dell'espansione in corso dell'universo, è formato da galassie più vecchie e mature."

In quale categoria cadrebbe la nostra Via Lattea se fossimo in grado di riavvolgere l'orologio di miliardi di anni? "Il nostro miglior ipotesi è che potrebbe essere apparsa più simile a un grissino," ha detto il co-autore Haowen Zhang, un candidato al dottorato presso l'Università dell'Arizona a Tucson. Questa ipotesi si basa in parte su nuove prove provenienti da Webb: i teorici hanno "riavvolto l'orologio" per stimare la massa della Via Lattea miliardi di anni fa, il che suggerisce la sua forma di grissino nel passato remoto.

Queste galassie distanti sono anche molto meno massive rispetto alle spirali ed ellittiche vicine: sono precursori di galassie più massive come la nostra. "Nell'universo primordiale, le galassie avevano avuto molto meno tempo per crescere," ha detto Kartheik Iyer, co-autore e ricercatore NASA Hubble Fellow presso la Columbia University.

"Identificare ulteriori categorie per le galassie primordiali è eccitante: c'è molto altro da analizzare ora. Possiamo ora studiare come le forme delle galassie siano correlate all'aspetto e proiettare meglio come si sono formate in modo molto più dettagliato."

Hubble, il telescopio spaziale lanciato nel 1990 e che ha raccolto dati fino ad oggi, "ha a lungo mostrato un eccesso di galassie allungate," ha spiegato il co-autore Marc Huertas-Company, un ricercatore scientifico dell'Istituto di Astrofisica delle Isole Canarie. Ma i ricercatori si chiedevano ancora: le caratteristiche aggiuntive si sarebbero mostrate meglio con la sensibilità alla luce infrarossa che il telescopio Webb, lanciato nel 2021, ha?

"Webb ha confermato che Hubble non ha perso ulteriori caratteristiche nelle galassie che entrambi hanno osservato. Inoltre, Webb ci ha mostrato molte galassie distanti con forme simili, tutte in grande dettaglio," ha detto Huertas-Company.

Una domanda, ovviamente, è perché le galassie primordiali tendevano ad essere così appiattite e allungate. Un'ipotesi, spiega Pandya, è che l'universo primordiale potesse essere pieno di filamenti di materia oscura che formavano una sorta di "scheletro di sfondo" o "autostrada cosmica" che guidava e trasportava gas e stelle. Questi filamenti esistono ancora, ma sono diventati molto più diffusi man mano che l'universo si è espanso, quindi potrebbero essere meno propensi a favorire la formazione di galassie a forma di grissino.

L'articolo è chiamato "Galassie impazzite", un'altra analogia con il cibo che è venuta in mente agli autori mentre guardavano i loro dati. Quando gli autori hanno tracciato i rapporti degli aspetti delle galassie in base alla lunghezza del loro asse più lungo, hanno scoperto che i diagrammi che sono emersi assomigliavano distintamente a banane, una forma che riflette la loro forma allungata d'ellissoide (cioè a forma di grissino).

"Le banane sono un altro modo per dire che queste galassie intrinsecamente allungate sembrano essere quelle dominanti nei primi 4 miliardi di anni dell'universo," ha dichiarato Pandya.

Ci sono ancora lacune nella nostra conoscenza. I ricercatori non solo hanno bisogno di un campione ancora più ampio da Webb per affinare ulteriormente le proprietà e le posizioni precise delle galassie lontane, ma dovranno anche dedicare molto tempo a modificare ed aggiornare i loro modelli per rispecchiare meglio le geometrie precise delle galassie distanti.

'These are early results,' said co-author Elizabeth McGrath, an associate professor at Colby College in Waterville, Maine. 'We need to delve more deeply into the data to figure out what's going on, but we're very excited about these early trends.'

Journal information: Astrophysical Journal , arXiv

Provided by Columbia University