NEL BOTTINO DEL JAMES WEBB SPACE TELESCOPE

Ammassi stellari: ecco i più antichi dell’universo

Nella prima immagine a campo profondo di Webb sono piccoli puntini appena visibili che circondano una galassia distante nove miliardi di anni luce da noi. Un team internazionale di astronomi li ha osservati in dettaglio, scoprendo che si tratta di ammassi globulari, i più antichi mai osservati prima d'ora. Tutti i dettagli su The Astrophysical Journal Letters

     04/11/2022
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Nel riquadro a sinistra (cliccare per ingrandire), il primo campo profondo del telescopio James Webb con evidenziata la “galassia Sparkler”. Nei due riquadri in alto a destra, la galassia in questione vista rispettivamente da Webb e Hubble. Il rettangolo azzurro nell’immagine di Webb – mostrato in dettaglio in basso a destra – mostra uno dei deboli punti luminosi che circondano la galassia. I ricercatori hanno studiato dodici di questi oggetti con il telescopio spaziale James Webb, scoprendo che cinque di essi sono vecchi ammassi globulari, i più distanti mai scoperti. Crediti: Csa, Nasa, Esa, Stsci; Mowla, Iyer et al – The Astrophysical Journal Letters, 2022

Vi ricordate la prima immagine a colori del James Webb Space Telescope (Jwst), resa pubblica durante una diretta straordinaria dalla Casa Bianca dal presidente degli Stati Uniti Joe Biden in persona? È la prima vista a campo profondo ottenuta dal telescopio placcato in oro. Ritrae uno scorcio di universo nell’infrarosso, con migliaia di galassie lontanissime, comprese alcune risalenti a quando il cosmo aveva meno di un miliardo di anni: l’ammasso di galassie Smacs 0723.

Un team internazionale di astronomi guidato dal Dunlap Institute for Astronomy and Astrophysics, in Canada, ha messo gli occhi su una delle galassie presenti nel ritratto di famiglia, identificando nei suoi dintorni gli ammassi globulari più distanti mai stati scoperti prima d’ora.

La galassia in questione è situata a 9 miliardi di anni luce dalla Terra, ha una caratteristica forma allungata ed è circondata da piccoli puntini giallo-rossi chiamati dai ricercatori “scintille”, sparkles in inglese, da cui il nome della galassia: “galassia Sparkler”.

Galassie così distanti e dunque molto deboli possono essere osservate dalla Terra grazie all’immensa massa del più vicino ammasso di galassie Smacs 0723, che distorce la luce di ciò che c’è dietro agendo come una gigantesca lente d’ingrandimento – o, più propriamente, come una lente gravitazionale – permettendo alla loro luce di raggiungerci.

Sfruttando questo naturale effetto di ingrandimento – si tratta in realtà di una tripla lente che consente di ottenere tre immagini separate della sorgente – e combinando i nuovi dati ottenuti dalla Near-Infrared Camera (NirCam) di James Webb con i dati d’archivio del telescopio Hubble relativi alla stessa regione di cielo, i ricercatori hanno studiato in dettaglio la galassia in questione, concentrandosi in particolare su dodici dei deboli punti luminosi che la circondano.

I risultati delle osservazioni – condotte nell’ambito della Canadian Niriss Unbiased Cluster Survey (Canucs), un’indagine che utilizza tutti e tre gli strumenti nel vicino infrarosso di Jwst (Niriss, Nircam e Nirspe) per studiare l’evoluzione delle galassie di piccola massa – hanno mostrato che cinque di essi sono ammassi globulari, cioè densi raggruppamenti costituiti da milioni di stelle. Ma non ammassi globulari qualsiasi: si tratta dei più antichi conosciuti, risalenti al periodo in cui l’universo iniziò a dare origine alle prime stelle.

Secondo i ricercatori, infatti, il loro redshift (z), ovvero lo “spostamento verso il rosso” della luce che da essi proviene per effetto Doppler, ha un valore compreso tra 7 e 11, ciò significa che hanno osservato questi oggetti compatti com’erano quando l’universo aveva circa 4 miliardi di anni, cioè più o meno 9 miliardi di anni fa. Ma quello che stupisce ancor di più è la presunta epoca della loro formazione, iniziata molto prima: mezzo miliardo di anni dopo il Big Bang, cioè più di 12 miliardi di anni fa.

«Guardare le prime immagini del James Webb Space Telescope e scoprire vecchi ammassi globulari attorno a galassie lontane è stato un momento incredibile, impossibile con le precedenti immagini del telescopio spaziale Hubble», dice Kartheik G. Iyer, ricercatore presso il Dunlap Institute per Astronomy & Astrophysics e co-autore dello studio pubblicato il 29 settembre scorso su The Astrophysical Journal Letters.

Illustrazione artistica che mostra il fenomeno noto come lente gravitazionale, utilizzato dagli astronomi per studiare galassie molto distanti e deboli. Crediti: Nasa, Esa e L. Calçada

«Jwst è stato costruito per trovare le prime stelle e le prime galassie e per aiutarci a comprendere le origini della complessità nell’universo», aggiunge Lamiya Mowla, ricercatrice presso lo stesso Istituto e prima autrice della pubblicazione. «Questa scoperta nel primo campo profondo di Webb sta già fornendo uno sguardo dettagliato alla prima fase della formazione stellare, confermando l’incredibile potenza del telescopio».

«Gli ammassi appena identificati si sono formati vicino all’epoca in cui nell’universo iniziarono a formarsi le prime stelle» continua la ricercatrice. «Stiamo osservando la “galassia Sparkler” com’era nove miliardi di anni fa, quando l’universo aveva solo quattro miliardi e mezzo di anni, e guardando a qualcosa che si è formata molto tempo prima».

Che si tratti proprio di ammassi globulari risalenti all’alba dell’universo lo ha confermato lo strumento Niriss (Near-Infrared Imager e Slitless Spectrograph), sempre di James Webb: i suoi spettri non mostrano infatti linee di emissione dell’ossigeno, tipiche di giovani ammassi che stanno attivamente formando stelle. Lo strumento, inoltre, ha aiutato a svelare la geometria delle immagini della galassia ottenute per effetto della tripla lente gravitazionale di Smacs 0723.

«Lo strumento canadese Niriss di Jwst è stato fondamentale per aiutarci a capire come sono collegate le tre immagini della galassia Sparkler e dei suoi ammassi globulari», sottolinea Marcin Sawicki, professore alla Saint Mary’s University e coautore dello studio. «Vedere diversi ammassi globulari della galassia fotografati tre volte ha chiarito che stanno orbitando attorno all’oggetto celeste piuttosto che trovarsi di fronte a essa per caso».

Nell’ambito della survey Canucs, il mese scorso Jwst ha iniziato a esaminare altri cinque enormi ammassi di galassie, attorno ai quali i ricercatori si aspettano di trovare altri ammassi globulari simili. Questi studi, spiegano gli astronomi, permetteranno di eseguire analisi più solide per comprendere meglio l’effetto del lensing e comprendere le loro storie di formazione stellare.

«Dal momento che abbiamo potuto osservare le scintille a diverse lunghezze d’onda, potremmo modellarle e comprenderne meglio le proprietà fisiche, come l’età e il numero di stelle che contengono» conclude Kartheik. «Ci auguriamo che la consapevolezza che gli ammassi globulari possano essere osservati a così grandi distanze con Jwst stimoli ulteriori ricerche scientifiche e ricerche di oggetti simili».

Per saperne di più:

  • Leggi su The Astrophysical Journal Letters l’articolo “The Sparkler: Evolved High-redshift Globular Cluster Candidates Captured by JWST” di Lamiya Mowla, Kartheik G. Iyer, Guillaume Desprez, Vicente Estrada-Carpenter, Nicholas S. Martis, Gaël Noirot, Ghassan T. Sarrouh, Victoria Strait, Yoshihisa Asada, Roberto G. Abraham, Gabriel Brammer, Marcin Sawicki, Chris J. Willott, Marusa Bradac, René Doyon, Adam Muzzin, Camilla Pacifici, Swara Ravindranath e Johannes Zabl