Quando si tratta di creare nuove stelle, la festa è quasi finita nell'universo di oggi. Infatti, è quasi finita da miliardi di anni. La nostra Via Lattea continua a formare l'equivalente di un Sole ogni anno. Ma in passato, quel tasso era fino a 100 volte maggiore. Quindi, se vogliamo davvero capire come si sono formate nell'universo le stelle come il nostro Sole, dobbiamo guardare miliardi di anni nel passato.

Usando il James Webb Space Telescope della NASA come una sorta di macchina del tempo, un team di ricercatori intende fare proprio questo. Guidato dalla ricercatrice principale Jane Rigby del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland, e co-investigatore principale Joaquin Vieira dell'Università dell'Illinois, champagne, la squadra sfrutterà il naturale, telescopi cosmici chiamati lenti gravitazionali. Questi grandi oggetti celesti ingrandiranno la luce proveniente da galassie lontane che si trovano vicino o al picco della formazione stellare.

Il fenomeno della lente gravitazionale si verifica quando un'enorme quantità di materia, come una galassia massiccia o un ammasso di galassie, crea un campo gravitazionale che distorce e ingrandisce la luce degli oggetti dietro di esso, ma nella stessa linea di vista. L'effetto consente ai ricercatori di studiare i dettagli delle prime galassie troppo lontane per essere viste altrimenti anche con i telescopi spaziali più potenti.

"Stiamo studiando quattro galassie che sembrano molto, molto più luminosi di quanto non siano in realtà, perché sono stati molto ingranditi fino a 50 volte. Useremo lenti gravitazionali per studiare come quelle galassie stanno formando le loro stelle, e come quella formazione stellare è distribuita tra le galassie, " ha spiegato Rigby.

"La cosa bella dell'uso di sorgenti con lenti è che è come una lente d'ingrandimento cosmica, dove si stende la galassia, quindi migliora la risoluzione del tuo telescopio, " disse Vieira.

Il programma si chiama Mirare ad archi con lente pancromatica estremamente ingranditi e la loro formazione stellare estesa, o MODELLI. Sebbene TEMPLATES sia un acronimo, il suo significato va più in profondità. La parola "modello" si riferisce a qualcosa usato come modello, muffa, o guida per la progettazione o la costruzione di oggetti simili. "Vogliamo rendere questi quattro obiettivi incredibilmente ben studiati, e per avere dati davvero buoni, in modo che altri ricercatori Webb possano usarli come modelli, o buoni esempi, quando stanno lavorando per comprendere i dati per un gran numero di galassie che sono molto più deboli, " disse Rigo.

Uno dei motivi principali per cui sono state scelte queste quattro galassie è perché sono molto luminose, rendendoli facili da studiare. "Tutte queste galassie stanno formando stelle come pazze, " disse Vieira.

Questi obiettivi rappresentano anche gran parte della varietà di galassie nell'universo in termini di quanto siano polverose, quanto sono brillanti, e quante stelle hanno già fatto. Gli astronomi chiamano le galassie "polverose" quando le loro immagini mostrano oscurità, spesso macchie sfocate che provengono dalla polvere nella galassia che bloccano la luce delle stelle.

Due delle galassie sono molto polverose, e due di loro non sono affatto polverosi. Le due galassie polverose sono ciascuna lente da un'altra, singola galassia. Le due galassie poco polverose sono inquadrate da ammassi di galassie.

Da galassie molto polverose, gli scienziati hanno un'immagine di come si sono evolute le galassie. Da rilievi di galassie non polverose, hanno un'immagine diversa. Quelle immagini non sempre corrispondono. Ci si aspetta che Webb fornisca una storia più completa della formazione stellare perché ha la sensibilità per vedere la luce della polvere riscaldata da stelle giovani, anche nelle galassie che non hanno molta polvere, così come la sensibilità per vedere la luce visibile anche dalle galassie polverose.

Il team TEMPLATES utilizzerà tre dei quattro strumenti a bordo di Webb, così come molti dei filtri e delle impostazioni del telescopio, per ottenere quanti più dati possibili su queste galassie. Oltre a scattare foto, il team utilizzerà la spettroscopia, una tecnica che rivelerà la composizione chimica delle galassie, come si muove il gas, e quanto è denso e caldo quel gas.

Webb consentirà al team di effettuare tali misurazioni in ogni galassia. "È come una dissezione, " spiegò Rigby. "Faremo a pezzi ogni pezzo della galassia, piuttosto che ottenere solo una misurazione media."

Sbloccare i misteri della formazione stellare

Il team TEMPLATES ha quattro obiettivi principali:

1. Misura quante nuove stelle si stanno formando, determinare la rapidità con cui le galassie formano le stelle. Effettuando diversi tipi di misurazioni dei tassi di formazione stellare per le quattro galassie, il team prevede di vedere quanto sono d'accordo o in disaccordo. Attraverso controlli incrociati, il team determinerà se queste galassie si trovano o meno nel mezzo di una vigorosa formazione stellare, o se stanno solo formando una stella di tanto in tanto.
2. Mappa la velocità di formazione stellare in queste galassie. Gli scienziati non sanno molto su dove si formano le stelle nelle galassie per la maggior parte del tempo cosmico. Mappare la formazione stellare nelle galassie dell'universo vicino è relativamente facile, ma è molto più difficile per le galassie lontane. Guardando attraverso la maggior parte del tempo cosmico, le galassie lontane appaiono tutte molto piccole nel cielo e le singole caratteristiche non possono essere risolte. Così, gli scienziati non hanno una buona comprensione di dove si siano formate le stelle nelle galassie nell'universo primordiale.
3. Confronta le popolazioni stellari giovani e vecchie. Gli scienziati misureranno le stelle più vecchie, stelle che vivono per miliardi di anni, come il Sole. Determinano dove risiedono quelle stelle all'interno di una galassia, che li informerà sulla storia passata della formazione stellare. Quindi possono confrontare quei dati con il punto in cui si stanno formando le nuove stelle. Ciò rivelerà come la formazione stellare è cambiata nelle galassie nel tempo, e rispondi ad alcune domande di base su come crescono le galassie. Per esempio, si accumulano dall'interno verso l'esterno, o dall'esterno verso l'interno?
4. Misura le condizioni del gas all'interno di queste galassie. Gli scienziati determineranno quanta parte della tavola periodica hanno costruito queste galassie, ad esempio, quanto carbonio, ossigeno, e azoto che contengono. Misureranno anche altre condizioni fisiche come la densità del gas.

Aiutare altri ricercatori a capire Webb

Le osservazioni del team faranno parte del programma Discretionary-Early Release Science del direttore, che fornisce tempo a progetti selezionati all'inizio della missione del telescopio. Questo programma consente alla comunità astronomica di apprendere rapidamente come utilizzare al meglio le capacità di Webb, producendo anche una scienza robusta. Il team sta anche aiutando altri ricercatori a capire il modo migliore per acquisire dati con questo telescopio.

"I MODELLI in realtà graffiano la superficie di ciò che puoi fare con Webb, "Continuò Rigby. "Sicuramente non sarà l'ultima parola, è una delle prime parole di ciò che questo telescopio sarà in grado di fare, come possiamo capire le galassie. Quello che stiamo facendo con TEMPLATES è assicurarci di partire con ottimi risultati all'inizio della missione per capire davvero come sfruttare al meglio le straordinarie capacità di Webb".

Il James Webb Space Telescope sarà il principale osservatorio di scienze spaziali al mondo quando verrà lanciato nel 2021. Webb risolverà i misteri nel nostro sistema solare, guarda oltre a mondi lontani intorno ad altre stelle, e sondare le misteriose strutture e origini del nostro universo e il nostro posto in esso. Webb è un programma internazionale guidato dalla NASA con i suoi partner, ESA (Agenzia Spaziale Europea) e Agenzia Spaziale Canadese.