Webb rivela il gigante dell'universo primordiale

Immagini dettagliate di una delle prime galassie mostrano che la crescita nell'universo primordiale fu molto più rapida di quanto si pensasse.

Gli astronomi stanno attualmente godendo di un periodo fruttuoso di scoperte, indagando molti dei misteri dell’universo primordiale.

Il successo del lancio del telescopio spaziale James Webb (JWST), il successore del telescopio spaziale Hubble della NASA, ha spinto i limiti di ciò che possiamo vedere.

Le osservazioni entrano ora nei primi 500 milioni di anni dopo il Big Bang, quando l’universo aveva meno del 5% della sua età attuale. Per gli esseri umani, questa volta porterà saldamente l’universo nella fase infantile.

Tuttavia, le galassie che osserviamo non sono certamente infantili, poiché nuove osservazioni rivelano galassie più massicce e mature di quanto precedentemente previsto in tempi così precoci, contribuendo a riscrivere la nostra comprensione della formazione e dell’evoluzione delle galassie.

Il nostro gruppo di ricerca internazionale ha recentemente effettuato osservazioni dettagliate senza precedenti di una delle galassie più antiche conosciute, soprannominata Gz9p3, ora pubblicate su Astronomia della natura.

Il suo nome deriva da Collaborazione sul vetro (nome del nostro gruppo di ricerca internazionale) e il fatto che la galassia ha uno spostamento verso il rosso di z=9,3 dove lo spostamento verso il rosso è un modo per descrivere la distanza di un oggetto – da qui G e z9p3.

Gz9p3, la galassia fusa più luminosa conosciuta nei primi 500 milioni di anni dell'universo (osservata dal telescopio spaziale James Webb). A sinistra: l'imaging dal vivo mostra un doppio nucleo all'interno della regione centrale. A destra: le caratteristiche della sezione trasversale della luce rivelano una struttura allungata e grumosa risultante dalla fusione di galassie. Credito: NASA

Solo due anni fa il Gz9p3 emergeva come un unico punto di luce Telescopio spaziale Hubble. Ma usando Telescopio spaziale James Webb Possiamo osservare questo oggetto com'era 510 milioni di anni dopo la grande esplosionecirca 13 miliardi di anni fa.

Abbiamo scoperto che Gz9p3 era molto più massiccio e maturo del previsto per un universo così giovane, e in effetti conteneva diversi miliardi di stelle.

Si trattava di gran lunga dell'oggetto più massiccio confermato da quel momento, e si calcola che fosse dieci volte più grande di qualsiasi altra galassia scoperta nell'universo primordiale.

Insieme, questi risultati suggeriscono che affinché la galassia raggiunga queste dimensioni, le stelle devono essersi evolute più velocemente e in modo più efficiente di quanto pensassimo inizialmente.

Fusione delle galassie più distanti nell'universo primordiale

Non solo Gz9p3 è massiccio, ma la sua forma complessa lo identifica immediatamente come una delle fusioni galattiche più antiche mai viste.

L'immagine JWST della galassia mostra una morfologia tipicamente associata a due galassie interagenti. La fusione non è terminata perché vediamo ancora due componenti.

Quando due oggetti massicci si uniscono in questo modo, nel processo si liberano di parte della materia. Quindi, questo materiale scartato suggerisce che quella che abbiamo osservato è una delle fusioni più distanti mai viste.

Il telescopio James Webb, lo strumento più grande e potente del suo genere mai lanciato nello spazio, utilizza uno specchio primario di 6,5 metri, composto da 18 specchi esagonali, ricoperti da uno strato d'oro per produrre alcune delle immagini più antiche dell'universo. Credito immagine: NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez

Successivamente, il nostro studio è andato più in profondità, per caratterizzare gli ammassi di stelle che compongono le galassie in fusione. Utilizzando JWST, siamo stati in grado di esaminare Spettro galatticodivide la luce nello stesso modo in cui un prisma divide la luce bianca in un arcobaleno.

Quando si utilizzano solo le immagini, la maggior parte degli studi di questi oggetti molto distanti mostrano solo stelle molto giovani perché le stelle più giovani sono più luminose e quindi la loro luce domina i dati di immagine.

Ad esempio, una popolazione giovane e brillante creata dalla fusione galattica, che ha meno di qualche milione di anni, sta superando una popolazione più anziana che ha già più di 100 milioni di anni.

utilizzando Tecnica di analisi spettrale Possiamo produrre osservazioni così dettagliate che i due gruppi possono essere distinti.

Nuovi modelli dell'universo primordiale

Non ci si sarebbe aspettati una popolazione così numerosa e anziana, dato il modo in cui si sono formate le prime stelle per essere abbastanza vecchie in questo periodo cosmico. La spettroscopia è così dettagliata che possiamo vedere le sottili caratteristiche delle stelle antiche che ci dicono che là fuori c'è più di quanto si pensi.

Elementi specifici rilevati nello spettro (tra cui silicio, carbonio e ferro) rivelano che questa popolazione più antica deve essere presente per arricchire la galassia con un’abbondanza di sostanze chimiche.

Non è solo la dimensione delle galassie a sorprendere, ma anche la velocità con cui sono cresciute fino a raggiungere questo stato chimicamente maturo.

Queste osservazioni forniscono la prova di un rapido ed efficiente accrescimento di stelle e metalli nel periodo immediatamente successivo al Big Bang, associato alle fusioni galattiche in corso, dimostrando che galassie massicce contenenti molti miliardi di stelle esistevano prima del previsto.

Le osservazioni forniscono la prova di un rapido ed efficiente accrescimento di stelle e metalli nel periodo immediatamente successivo al Big Bang. Credito immagine: NASA, ESA, Jennifer Lutz (STScI), Matt Mountain (STScI), Anton M. Koikimore (STScI), HFF Team (STScI)

Le galassie isolate costruiscono le loro popolazioni di stelle Sul posto Tuttavia, data la loro disponibilità limitata di gas, questo può essere un modo lento di crescita per le galassie.

Le interazioni tra le galassie possono attrarre nuovi flussi di gas puro, fornendo il carburante necessario per una rapida formazione stellare, e le fusioni forniscono un canale più rapido per l’accrescimento e la crescita della massa.

Le galassie più grandi del nostro universo moderno hanno una storia di fusioni, inclusa la nostra via Lattea È cresciuto fino alle dimensioni attuali attraverso successive fusioni con galassie più piccole.

Le osservazioni di Gz9p3 mostrano che le galassie erano in grado di accumulare rapidamente massa nell’Universo primordiale attraverso fusioni, con un’efficienza di formazione stellare superiore a quanto ci aspettassimo.

Queste e altre osservazioni effettuate con il telescopio spaziale James Webb stanno spingendo gli astrofisici a rivedere i loro modelli sui primi anni dell'universo.

La nostra cosmologia non è necessariamente sbagliata, ma la nostra comprensione della velocità con cui si formano le galassie potrebbe essere sbagliata, perché sono molto più grandi di quanto pensassimo possibile.

Queste nuove scoperte arrivano in un buon momento mentre ci avviciniamo al traguardo dei due anni per le osservazioni scientifiche effettuate con il telescopio spaziale James Webb.

Con l’aumento del numero totale di galassie osservate, gli astronomi che studiano l’universo primordiale stanno passando dalla fase di scoperta a un periodo in cui disponiamo di campioni sufficientemente grandi per iniziare a costruire e perfezionare nuovi modelli.

Non c'è mai stato un momento più emozionante per comprendere i segreti dell'universo primordiale.

Riferimento: “Una massiccia galassia interagente 510 milioni di anni dopo il Big Bang” di Kristan Boyett, Michele Trinti, Nisha Lithokawalit, Antonello Calabro, Benjamin Metha, Guido Roberts Borsani, Niccolò Dalmaso, Lilan Yang, Paola Santini, Tommaso Trio, Tucker Jones. Alaina Henry, Charlotte A. Mason, Takahiro Morishita, Themia Nanayakkara, Namrata Roy, Chen Wang, Adriano Fontana, Emiliano Merlin, Marco Castellano, Diego Paris, Marusha Bradac, Matt Malkan, Danilo Marchesini, Sara Mascia, Karl Glezbrook, Laura Pinterici. , Eros Vanzella e Benedetta Vulcani, 7 marzo 2024, Astronomia della natura.
doi: 10.1038/s41550-024-02218-7

Lo studio è stato condotto dalla dottoressa Kate Boyett con un team comprendente i professori Michael Trinity e Benjamin Mitha Niccolò Dalmaso Anche dall'Università di Melbourne e Centro di eccellenza ARC per l'astrofisica di tutto il cielo in 3 dimensioni (ASTRO 3D). Viene formato un gruppo di ricerca internazionale 27 autori provenienti da 19 istituzioni in Australia, Tailandia, Italia, Stati Uniti, Giappone, Danimarca e Cina.