Le gigantesche galassie che vediamo oggi nell’universo, inclusa la nostra galassia, la Via Lattea, all’inizio erano molto più piccole. Le fusioni avvenute nel corso dei 13,7 miliardi di anni dell'universo hanno gradualmente assemblato le enormi galassie di oggi. Ma potrebbero aver iniziato come semplici ammassi stellari.
Nel tentativo di comprendere le prime galassie, il JWST ha esaminato la loro antica luce alla ricerca di indizi su come siano diventate così massicce.
Il JWST può effettivamente vedere indietro nel tempo fino a quando l’universo aveva solo il 5% circa di quanto lo sia adesso. In quel lontano passato, le strutture che sarebbero poi diventate massicce quanto la Via Lattea, e anche più grandi, erano solo circa 1/10.000 di quelle attuali. Quali indizi può scoprire il potente telescopio spaziale a infrarossi che ci mostrano come le galassie siano diventate così grandi?
Un nuovo articolo presenta le osservazioni JWST di una galassia con spostamento verso il rosso z~8.3. A quel redshift, la luce viaggia da oltre 13 miliardi di anni e ha iniziato il suo viaggio solo 600 milioni di anni dopo il Big Bang. La galassia, chiamata Firefly Sparkle, contiene una rete di massicci ammassi stellari che testimoniano la crescita delle galassie.
L'articolo è "The Firefly Sparkle:The Early Stages of the Assembly of A Milky-type Galaxy in a Milky-type Galaxy in a 600 Myr Old Universe". L'autore principale è Lamiya Mowla, astronoma osservatrice e assistente professore di fisica e astronomia al Wellesley College. Il documento è in prestampa su arXiv e non è stato ancora sottoposto a revisione paritaria.
Nonostante la potenza del JWST, questa lontana e antica galassia è visibile solo attraverso la lente gravitazionale di un enorme ammasso di galassie in primo piano. La lente fa apparire Firefly Sparkle come un arco. Nelle vicinanze si trovano anche altre due galassie, chiamate Firefly BF (Best Friend) e Firefly NBF (New Best Friend).
"Firefly Sparkle mostra le caratteristiche che ci si aspetta da una futura galassia del tipo della Via Lattea, catturata durante il suo stadio di formazione più antico e ricco di gas", scrivono gli autori. La massa della giovane galassia è concentrata in 10 ammassi, che vanno da circa 200.000 masse solari a 630.000 masse solari. Secondo gli autori, questi ammassi "si trovano a cavallo del confine tra galassie di piccola massa e ammassi globulari di massa elevata."
Questi ammassi sono significativi perché forniscono indizi su come la galassia sta crescendo. I ricercatori sono stati in grado di valutare l’età degli ammassi e la storia della loro formazione stellare. Hanno scoperto di aver sperimentato un’esplosione di formazione stellare più o meno nello stesso periodo. "Le età degli ammassi suggeriscono che sono legati gravitazionalmente con le storie di formazione stellare che mostrano un recente starburst probabilmente innescato dall'interazione con una galassia compagna allo stesso spostamento verso il rosso a una distanza prevista di ~2 kpc dalla Firefly Sparkle."
Ci sono due candidati per la galassia interagente:Firefly Best Friend (BF) e Firefly New Best Friend (NBF). Ma NBF è a circa 13 kpc di distanza, mentre BF è a circa due kpc di distanza, rendendo BF il probabile interattore. "Deboli caratteristiche di bassa luminosità superficiale sono visibili agli angoli dell'arco vicino a quello vicino, suggerendo una possibile interazione tra le due galassie [FS e BF] che potrebbe aver innescato un'esplosione di formazione stellare in entrambe," spiegano i ricercatori.
I ricercatori hanno prestato particolare attenzione al cluster centrale. Hanno scoperto che la temperatura è estremamente alta, circa 40.000 Kelvin (40.000°C; 72.000°F). Ha anche una funzione di massa iniziale molto pesante, un segnale che si è formato in un ambiente molto povero di metalli. Queste osservazioni e altre prove mostrano che Firefly Sparkle è molto probabilmente un progenitore di galassie come la nostra. Per questi motivi, "... Firefly Sparkle fornisce un caso di studio senza precedenti di una galassia simile alla Via Lattea nelle prime fasi del suo assemblaggio in un universo di soli 600 milioni di anni", scrivono gli autori.
Fortunatamente, i ricercatori dietro questi risultati dispongono di una potente simulazione basata su un supercomputer con cui confrontare le osservazioni. Si chiama Illustris TNG. È una massiccia simulazione magnetoidrodinamica cosmologica basata su un modello fisico completo dell'universo. Illustris TNG ha effettuato tre analisi, denominate TNG50, TNG 100 e TNG 300. I ricercatori hanno confrontato i loro risultati con TNG 50.
Trovare questi antichi ammassi stellari è intrigante, ma non possiamo presumere che sopravvivranno intatti. Ci sono forze di marea ed evaporative in gioco. Gli autori hanno esaminato la stabilità dei singoli ammassi stellari e il loro comportamento nel tempo.
"Si prevede che la maggior parte di questi ammassi stellari sopravvivranno fino all'universo attuale e si espanderanno per poi essere fatti a pezzi per formare il disco stellare e l'alone della galassia", spiegano gli autori. "L'unico modo in cui sopravvivono è essere espulsi a grandi distanze, lontano dal denso campo di marea della galassia." Quelli che vengono espulsi potrebbero persistere come ammassi globulari.
Uno degli obiettivi scientifici primari del JWST è studiare come le galassie si sono formate e si sono evolute nell'universo primordiale. Trovandone uno in cui gli ammassi si stanno ancora formando, il telescopio spaziale sta raggiungendo il suo obiettivo.
"Firefly Sparkle rappresenta una delle prime osservazioni spettrofotometriche di JWST di una galassia estremamente lente che si assembla ad alti spostamenti verso il rosso, con ammassi che sono in fase di formazione invece di essere visti in epoche successive," concludono gli autori.
Ulteriori informazioni: Lamiya Mowla et al, The Firefly Sparkle:le prime fasi dell'assemblaggio di una galassia di tipo Via Lattea in un universo di 600 milioni di anni fa, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2402.08696
Fornito da Universe Today
