Da quando il James Webb Space Telescope (JWST) ha catturato il suo primo sguardo all'universo primordiale, gli astronomi sono rimasti sorpresi dalla presenza di quelle che sembrano essere galassie più "ultramassicce" del previsto. Basandosi sul modello cosmologico più ampiamente accettato, non avrebbero dovuto essere in grado di evolversi se non molto più tardi nella storia dell'universo, il che spinge a sostenere che il modello debba essere cambiato.
Ciò sconvolgerebbe decenni di scienza consolidata.
"Lo sviluppo degli oggetti nell'universo è gerarchico. Si inizia in piccolo e si diventa sempre più grandi", ha affermato Julian Muñoz, assistente professore di astronomia presso l'Università del Texas ad Austin e coautore di un recente articolo pubblicato su Lettere di revisione fisica che verifica le modifiche al modello cosmologico. Lo studio conclude che la revisione del modello cosmologico standard non è necessaria. Tuttavia, gli astronomi potrebbero dover rivedere ciò che hanno capito su come si sono formate ed evolute le prime galassie.
La cosmologia studia l'origine, l'evoluzione e la struttura del nostro universo, dal Big Bang ai giorni nostri. Il modello cosmologico più ampiamente accettato è chiamato modello Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM) o "modello cosmologico standard". Sebbene il modello sia molto ben informato, gran parte dell'universo primordiale è rimasto teorico perché gli astronomi non sono riusciti a osservarlo completamente, se non addirittura a osservarlo.
Lanciato nel 1990, il telescopio spaziale Hubble è stato fondamentale nello sviluppo e nel perfezionamento del modello cosmologico standard. Osserva l'universo nelle lunghezze d'onda della luce ultravioletta, visibile e in alcune lunghezze d'onda del vicino infrarosso. Tuttavia, questo rende migliore la visione di alcune cose rispetto ad altre. Ad esempio, Hubble è ben attrezzato per osservare le galassie più piccole che spesso contengono popolazioni più numerose di stelle giovani che emettono raggi ultravioletti e meno polvere che tende ad assorbire lunghezze d'onda più corte.
Lanciato alla fine del 2021, JWST fornisce un importante complemento alle capacità di Hubble. Osservando nelle lunghezze d'onda del vicino e medio infrarosso, JWST può rilevare oggetti invisibili a Hubble.
"Stiamo aprendo una finestra verso l'ignoto", ha detto Muñoz. "Ora siamo in grado di testare le nostre teorie sull'universo dove prima non eravamo riusciti a farlo."
Poco dopo il Big Bang le cose non erano perfettamente uniformi. Piccole variazioni di densità hanno avuto un impatto enorme sulla struttura futura e sull’evoluzione dell’universo. Le regioni con maggiore densità attiravano più materia a causa della gravità, portando infine alla formazione di strutture sempre più grandi.
In teoria, le galassie ultramassicce osservate da JWST sarebbero diventate così grandi così rapidamente solo se più di queste regioni ad alta densità si fossero sviluppate subito dopo il Big Bang. Ciò richiederebbe la modifica del modello cosmologico standard.
Muñoz e il suo team hanno testato questa ipotesi.
Hanno scelto un intervallo di tempo cosmico per il quale sono disponibili sia le osservazioni JWST che quelle di Hubble. All'interno di questo intervallo, hanno identificato le galassie più massicce disponibili nei dati JWST e hanno calcolato la quantità di cambiamento nella densità iniziale dell'universo che sarebbe necessaria per la loro formazione.
Hanno anche calcolato quante galassie più piccole deriverebbero da questo ipotetico cambiamento. Queste ulteriori galassie più piccole sarebbero state osservate da Hubble.
"Ma non è quello che vediamo", ha spiegato Muñoz. "Non si può cambiare abbastanza la cosmologia per spiegare questo problema di abbondanza, dato che anche le osservazioni di Hubble ne sarebbero influenzate."
Allora perché JWST sta trovando così tante galassie ultramassicce? Una possibilità è che contengano buchi neri supermassicci. Questi buchi neri riscalderebbero il gas vicino, facendo apparire le galassie più luminose e quindi più massicce di quanto non siano in realtà. Oppure le galassie potrebbero non trovarsi affatto nell'universo primordiale, ma sembrano esserlo perché la polvere fa sì che il loro colore appaia più rosso di quanto sarebbe altrimenti. Questo spostamento farebbe apparire le galassie più lontane di quanto non siano.
Oltre a Muñoz, gli autori dello studio sono Nashwan Sabti e Marc Kamionkowski della Johns Hopkins University.
Ulteriori informazioni: Nashwan Sabti et al, Approfondimenti dall'HST sulle galassie ultramassicce e sulla cosmologia dell'universo primordiale, Lettere di revisione fisica (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.061002. Su arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2305.07049
Informazioni sul giornale: Lettere di revisione fisica , arXiv
Fornito dall'Università del Texas ad Austin
