Galassie nel cosmo profondo - Arnaud Mariat/Unsplash

Finora si credeva che tutte le galassie si formassero gradualmente all'interno di grandi aloni di materia oscura ma con un basso indice di efficienza. In pratica, gli aloni di materia oscura catturano il gas, composti da atomi e molecole, in strutture legate gravitazionalmente. Ma in genere, solo il 20% di questo gas viene convertito in stelle nelle galassie. Tuttavia, le nuove scoperte ora sfidano questa visione, rivelando che le galassie massicce nell'Universo primordiale potrebbero essere cresciute molto più rapidamente ed efficientemente di quanto si pensasse in precedenza.

La verifica di questa asserzione è arrivata grazie all'identificazione di tre galassie ultra-massicce, ciascuna quasi grande quanto la Via Lattea, che si erano già formate nel primo miliardo di anni dopo il Big Bang. La scoperta, riportata sull'ultimo numero della rivista "Nature", è stata effettuata dal telescopio spaziale James Webb (Jwst), nell'ambito del programma "Fresco" (sempre del Jwst), da una squadra internazionale guidata dall'Università di Ginevra, e di cui fa parte anche Stijn Wuyts, dell'Università di Bath nel Regno Unito.

"Le nostre scoperte stanno rimodellando la nostra comprensione della formazione delle galassie nell'Universo primordiale", ha affermato Mengyuan Xiao, autore principale dello studio e ricercatore post-dottorato presso l'Università di Ginevra.

I risultati dei ricercatori indicano così che la formazione delle stelle nell'Universo primordiale è stata molto più efficiente di quanto si pensasse in precedenza, sfidando i modelli esistenti sulla formazione delle galassie. Il programma, infatti, si prefiggeva di analizzare sistematicamente un campione completo di galassie a linee di emissione (Elg), entro il primo miliardo di anni di storia cosmica. Le Elg presentano forti linee di emissione nei loro spettri. Per spettro si intende l'intervallo di diverse lunghezze d'onda della luce emessa. Queste linee di emissione appaiono come linee luminose a lunghezze d'onda specifiche, che si stagliano sullo sfondo più scuro dello spettro. La presenza di linee di emissione ha permesso alla squadra di ricerca di definire con precisione le distanze dalle galassie nel campione. A sua volta, la conoscenza precisa delle distanze e delle intensità delle linee di emissione ha permesso ai ricercatori di misurare in modo affidabile la quantità di stelle contenute nelle galassie. Tre si sono distinte per il loro grande contenuto stellare.

I dettagli nello studio Fresco sono stati catturati tramite "spettroscopia senza fenditura" con la Near Infrared Camera di Jwst, un metodo di rilevamento che consente di catturare la luce e di scomporla nelle sue lunghezze d'onda costituenti per tutti gli oggetti in un campo visivo. Ciò lo rende un metodo eccellente per misurare distanze accurate e caratteristiche fisiche delle galassie. Le capacità senza pari del Jwst hanno permesso agli astronomi di studiare sistematicamente le galassie nell'Universo molto distante e primordiale, fornendo informazioni su galassie massicce e oscurate dalla polvere. Analizzando le galassie, gli scienziati hanno scoperto che la maggior parte di queste si adatta ai modelli esistenti. Tuttavia, hanno anche trovato tre galassie sorprendentemente massicce, con masse stellari paragonabili all'attuale Via Lattea. Queste stanno formando stelle con un'efficienza quasi doppia rispetto alle galassie di massa inferiore della stessa epoca o alle galassie ordinarie di epoche successive nella storia cosmica. Per il loro alto contenuto di polvere, che conferisce a queste tre galassie massicce un aspetto rosso distinto nelle immagini Jwst, sono state chiamate i tre Mostri Rossi.

Sebbene queste scoperte non siano in conflitto con il modello cosmologico standard, sollevano interrogativi sulle teorie di formazione delle galassie nell'Universo primordiale. I modelli attuali potrebbero dover considerare processi unici che hanno permesso a certe galassie massicce primordiali di raggiungere una formazione stellare così efficiente e quindi di formarsi molto rapidamente, molto presto nell'Universo. Future osservazioni con Jwst e il telescopio Atacama Large Millimeter Array forniranno, secondo i ricercatori, ulteriori approfondimenti su questi mostri rossi ultra-massicci e riveleranno campioni più grandi di tali fonti.