Ebbene si ! Quella chiazza arancione sfocata in foto, che sembra non dirci nulla, è invece una galassia. Il suo nome è Maisie ed è la galassia più antica che un essere umano abbia mai osservato. Uno dei primi oggetti catturati nell’estate del 2022, dal nostro nuovo potente occhio cosmico: il James Webb Space Telescope. Questa semplice macchia, rappresenta l’alba di una nuova astronomica e la ragione di tutto questo è la sua età.
Gli scienziati hanno confermato ufficialmente esattamente quanti anni aveva l’universo nel momento in cui abbiamo catturato l’immagine. Maisie esiste da quando l’universo aveva solo 390 milioni di anni, quindi 13,8 miliardi di anni fa. Questo la rende una delle quattro galassie più antiche mai viste dall’occhio umano.
“L’immagine di questa galassia, fotografa un momento molto remoto dell’universo. Non siamo in grado di osservarla senza James Webb “, Steven Finkelstein, astronomo dell’Università del Texas ad Austin e ricercatore principale del progetto CEERS (Centre for Exoplanets and Extragalactic Research) (rif). “Questa era il periodo cosmico in cui non sapevamo come si formassero le galassie o che aspetto avessero. Oggi con il James Webb siamo andati a cercarle. Quando i primi dati sono arrivati la scorsa estate, la galassia di Maisie è stata una delle prime galassie che sono state identificate”.
Come è stato scelto il nome ?
Le altre galassie individuate dal James Webb possiedono soprannomi piuttosto aridi e formali, come CEERS 1019 , CEERS 2782 e CEERS 746. Il nome Maisie si distingue chiaramente tra tutti. Questo remoto corpo celeste, infatti, prende il nome dalla figlia di Finkelstein. “Abbiamo trovato la galassia nei dati di James Webb in occasione del nono compleanno di mia figlia. Il suo nome è Maisie. Per questa coincidenza ho iniziato a chiamarla la galassia in questo modo”, ha spiegato Finkelstein.
“Quando è arrivato il momento di scrivere l’articolo (rif.), stavamo discutendo su come chiamarla. Gli altri ricercatori hanno suggerito di inserire semplicemente il nome Maisie e vedere cosa sarebbe successo. Siamo riusciti a ottenerlo e l’abbiamo pubblicato con quel nome.” Se è impossibile che Finkelstein sbagli l’età di sua figlia, calcolare l’età delle galassie nell’universo primordiale è decisamente più complesso.
Ciò significa, che per determinare che la galassia Maisie sia la più antica mai vista, ha richiesto una scrupolosa indagine. Potrebbe non sembrare molto, ma questa immagine sfocata è una delle galassie più importanti della recente storia astronomica.
La tecnica dello spostamento verso il rosso
Per sapere quanto è distante una galassia, bisogna conoscere per quanto tempo la sua luce ha viaggiato verso di noi. Significa, in parole semplici, determinare in quale periodo si trovava l’universo mentre la stiamo osservando. Gli astronomi usano una tecnica chiamata “spostamento verso il rosso” (redshift). Diverse lunghezze d’onda della luce, corrispondono a diversi colori nello spettro visibile. La luce con ampia lunghezza d’onda e bassa frequenza è rossa, mentre la luce con ristretta lunghezza d’onda e ad alta frequenza è blu.
Mentre la luce viaggia fino a noi da una fonte lontana, l’espansione del cosmo fa sì che, la fonte di quella luce, contemporaneamente si allontani da noi ! Questo fenomeno, determina che le lunghezze d’onda della luce che stiamo osservando si allunghino, facendole perdere energia e cambiare frequenza.
Gli astronomi la chiamano redschift perché la luce viene essenzialmente spostata verso l’estremità rossa dello spettro elettromagnetico. In alcuni casi, la luce osservata può persino finire negli infrarossi e diventare invisibile all’occhio umano. Più lungo è il viaggio, più estremo è il redshift. Nel caso delle prime galassie come la galassia di Maisie, la luce ha viaggiato per oltre 10 miliardi di anni. Di conseguenza, la sua luce si è stata spostata verso destra nella sezione infrarossa. Ed per questa ragione che abbiamo progettato un telescopio spaziale come James Webb. Uno strumento straordinario per la caccia agli oggetti nell’universo primordiale nella regione dell’infrarosso.
L’importanza di James webb
“Non potevamo davvero vederlo prima del James Webb”, ha spiegato. “Il telescopio spaziale Hubble non era abbastanza grande né, cosa più importante, non copre lunghezze d’onda nell’infrarosso per osservare una galassia così lontana e altamente spostata verso il rosso”.
Le stime iniziali del redshift, quindi l’età della galassia di Maisie, erano basate sulla fotometria. La tecnica funziona analizzando la luminosità nelle immagini. Questi calcoli suggerivano che la galassia avesse un redshift di 11,8. Ma Finkelstein e il team CEERS, volevano una stima molto più accurata.
Per fare ciò, hanno effettuato osservazioni con lo spettrografo nel vicino infrarosso (NIRSpec) del James Webb. Questo ha permesso a Finkelstein e colleghi, di osservare le linee spettrali, dettate dagli assorbimenti e dalle emissioni di elementi chimici a specifiche lunghezze d’onda. Da questi dati, hanno potuto individuare l’effettivo spostamento verso il rosso della galassia di Maisie, 11.4. E questo conferma che Maisie è la galassia più antica mia osservata.
Com’era l’universo 13 miliardi di anni fa ?
Finkelstein ha spiegato che la galassia di Maisie è molto diversa dalle galassie dell’universo odierno. “L’universo era piuttosto attivo quando la galassia di Maisie. La sua massa è concentrata in un volume molto piccolo”, ha detto Finkelstein. “Inoltre, le galassie erano più vicine tra loro e si fondevano molto più frequentemente. Poiché l’universo aveva solo circa 400 milioni di anni, tutte le stelle intorno sono giovani. Quindi c’erano molte più stelle più luminose e più blu allora di quante ne vediamo oggi nelle galassie”.
Maisie, la più antica galassia mai vista, si distingue dalle “moderne” in quanto, nel tempo in cui la stiamo osservando, sembra stiano nascendo rapidamente giovani stelle blu. Siamo riusciti a fotografarla nel periodo dell’esistenza che gli astronomi chiamano “starburst”. Quindi se le sue giovani stelle sono luminose e blu, significa che questa galassia altamente spostata verso il rosso è in realtà molto più “blu” di quanto gli astronomi si aspettassero. “La galassia di Maisie sta eseguendo la formazione stellare a un ritmo molto maggiore. È davvero come una palla di stelle blu compatta”.
Per queste ragioni Maisie è povera di elementi pesanti ed ha una composizione primordiale: idrogeno ed elio. Inoltre è anche molto più luminosa di quanto gli astronomi si aspettassero, una caratteristica che è stata trovata anche con altre galassie primordiali osservate con il James Webb.
Le future analisi
“La Galassia di Maisie ci ha dato il primo suggerimento che le prime galassie sono più luminose di quanto ci aspettassimo, il che le rende più facili da trovare”, ha detto Finkelstein. “La nostra idea su come si formano le stelle nella prima epoca dell’universo potrebbe richiedere una revisione. È possibile che le galassie stessero formando stelle in modo più efficiente di quanto pensiamo”
Finkelstein ora continuerà a esaminare la galassia di Maise con il Mid-Infrared Instrument (MIRI) di James Webb, approfondendo lo spettro della luce nel tentativo di scoprire quanto sia ricca di elementi pesanti e capire se ospita granelli di polvere interstellare.
“Maisie ci offre sicuramente un buon esempio di ciò che è una galassia nell’universo primordiale. E poiché è abbastanza luminosa, possiamo studiarla facilmente e possiamo misurare molte cose come la sua massa stellare, la sua forma e la quantità di elementi pesanti”, ha concluso Finkelstein. “Alla fine, è sola la prima delle tante galassie che possiamo usare per sciprire l’universo primordiale”.
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