La nostra comprensione della formazione delle galassie e della natura della materia oscura potrebbe essere completamente rivoluzionata, dopo nuove osservazioni di una popolazione stellare più grande della Via Lattea risalente a più di 11 miliardi di anni fa, la cui esistenza era ritenuta impossibile fino ad ora.
Un articolo pubblicato su Nature dettaglia i risultati ottenuti utilizzando nuovi dati provenienti dal Telescopio Spaziale James Webb (JWST). I risultati indicano che una galassia massiccia nell’universo primordiale, osservata 11,5 miliardi di anni fa (un redshift cosmico di 3.2), possiede una popolazione di stelle estremamente antiche formatesi molto prima, circa 1,5 miliardi di anni prima (un redshift di circa 11). Questa osservazione sconvolge i modelli attuali, poiché non si ritiene che la materia oscura si sia accumulata in concentrazioni sufficienti per innescare la loro formazione.
Il professor Karl Glazebrook dell’Università di Tecnologia di Swinburne ha guidato lo studio e il team internazionale che ha utilizzato il JWST per osservazioni spettroscopiche di questa massiccia galassia quiescente.
“Abbiamo inseguito questa particolare galassia per sette anni e trascorso ore ad osservarla con i due telescopi più grandi della Terra per capire la sua età. Ma era troppo rossa e troppo debole, e non siamo riusciti a misurarla. Alla fine, abbiamo dovuto lasciare la Terra e utilizzare il JWST per confermarne la natura.”
La formazione delle galassie e la sfida ai modelli teorici
La formazione delle galassie è un paradigma fondamentale che sottende l’astrofisica moderna e prevede un forte declino nel numero di galassie massicce nei primi tempi cosmici. Galassie quiescenti estremamente massicce sono ora state osservate già uno o due miliardi di anni dopo il Big Bang, sfidando i modelli teorici precedenti.
Il professor Glazebrook ha lavorato con ricercatori di primo piano in tutto il mondo, tra cui il dottor Themiya Nanayakkara, il dottor Lalitwadee Kawinwanichakij, il dottor Colin Jacobs, il dottor Harry Chittenden, l’Associate Professor Glenn G Kacprzak e l’Associate Professor Ivo Labbe del Centro di Astrofisica e Supercomputing di Swinburne.
“Questo è stato molto un lavoro di squadra, dai sondaggi del cielo infrarosso che abbiamo iniziato nel 2010 che ci hanno portato a identificare questa galassia come insolita, alle nostre molte ore sui telescopi Keck e Very Large Telescope dove abbiamo provato, ma non siamo riusciti a confermarla, fino all’ultimo anno in cui abbiamo speso enormi sforzi per capire come elaborare i dati JWST e analizzare questo spettro.”
Il dottor Themiya Nanayakkara, che ha guidato l’analisi spettrale dei dati JWST, afferma: “Stiamo ora andando oltre ciò che era possibile per confermare i più antichi mostri quiescenti massicci che esistono nelle profondità dell’Universo.”
“Questo spinge i confini della nostra attuale comprensione di come si formano ed evolvono le galassie. La domanda chiave ora è come si formano così rapidamente molto presto nell’Universo e quali meccanismi misteriosi portano a fermare bruscamente la loro formazione di stelle quando il resto dell’Universo lo sta facendo.”
La modellazione teorica e la materia oscura
L’Associate Professor Claudia Lagos dell’Università dell’Australia Occidentale, nodo del Centro Internazionale di Ricerca in Astronomia Radio (ICRAR), è stata fondamentale nello sviluppo della modellazione teorica dell’evoluzione delle concentrazioni di materia oscura per lo studio.
“La formazione delle galassie è in gran parte dettata da come si concentra la materia oscura”, afferma. “Avere queste galassie estremamente massicce così presto nell’Universo pone sfide significative al nostro modello standard di cosmologia. Questo perché non pensiamo che strutture di materia oscura così massicce come ospitare queste galassie massicce abbiano avuto ancora tempo di formarsi. Sono necessarie ulteriori osservazioni per capire quanto comuni possano essere queste galassie e per aiutarci a comprendere quanto siano veramente massicce.”
Il professor Glazebrook spera che questo possa essere un nuovo inizio per la nostra comprensione della fisica della materia oscura.
“Il JWST sta trovando sempre più prove di galassie massicce che si formano presto nel tempo. Questo risultato stabilisce un nuovo record per questo fenomeno. Anche se è molto sorprendente, si tratta solo di un oggetto. Ma speriamo di trovarne altri, e se lo facciamo, questo sconvolgerà davvero le nostre idee sulla formazione delle galassie.”
