Il binomio James Webb Space Telescope-Abell 2744 continua a stupire.

L’enorme ammasso di galassie Abell 2744, battezzato “ammasso Pandora” per renderlo più vicino all’immaginifico mondo umano, sembra davvero sia stato posto nel cosmo da qualche attento indagatore, proprio come si posiziona una lente per meglio distinguere i più fini dettagli di un codice miniato o le impurezze d’una gemma.

Il JWST già da qualche tempo sta sfruttando il potere di questa grande concentrazione di massa persa nello spazio profondo per ingrandire l’immagine di oggetti celesti situati alle sue spalle e ben più remoti, potere che sappiamo come sfruttare grazie ad Einstein ed alla relatività generale.

Il 23 ottobre 2022 il JWST ha scandagliato lo sfondo siderale adiacente al centro dell’ammasso Pandora, scovando l’immagine triplicata di una galassia lontanissima ed estremamente debole, denominata JD1 (fig. 1) che ha catturato l’attenzione di un folto gruppo di astronomi firmatario di una recente pubblicazione su Nature¹.

Se da un lato i risultati ottenuti analizzando le immagini degli oggetti più lontani fornite da JWST hanno stupito perché hanno rivelato l’esistenza di galassie (o proto-ammassi di galassie) già evolute e di notevole massa appena qualche centinaia di milioni di anni dopo la nascita dell’universo, dall’altro sono anche le galassie antichissime ma estremamente deboli che si pensa debbano rivestire grande interesse.

Galassie con tali caratteristiche sono infatti ritenute essere i testimoni diretti di una delle fasi iniziali dell’universo, in cui l’idrogeno atomico, da assoluto dominatore di un universo oscuro perché privo sorgenti di fotoni, iniziò ad essere bruciato nelle primitive fornaci stellari. Queste resero disponibili quantità sempre maggiori di fotoni ad alta energia (fotoni ultravioletti) che iniziarono a interagire con gli elettroni dell’idrogeno neutro i quali a loro volta “figliarono” fotoni, dando la stura alla “reionizzazione” del cosmo, da allora in poi trasparente.

Le primissime galassie che innescarono la reionizzazione dell’idrogeno furono quindi le vere protagoniste che impressero la loro firma all’opera d’arte che oggi affascina i nostri occhi e ammalia le nostre menti; oggetti poco luminosi, modestamente estesi, con un basso tasso di formazione stellare e avvolti dalle nebbie dell’Età Oscura dell’universo. Poco più che embrioni, sebbene totipotenti si potrebbe azzardare (concedendo libertà di paragone con una caratteristica delle cellule staminali).

Le immagini dello spazio profondo hanno mostrato una quantità di questi oggetti, che sembrerebbero pertanto essere il popolo più numeroso del giovanissimo universo, dove le galassie più grandi, ricche ed organizzate sarebbero invece eccezioni, elementi rari che spiccano nella moltitudine come umani di gran statura emergono solitari tra la folla.

Lo studio di queste galassie si scontra tuttavia con la difficoltà sperimentale di osservare oggetti così deboli e lontani, caratterizzati da un redshift cosmologico estremo (z prossimo a 10). La grande sensibilità nell’infrarosso di Webb ne fa quindi lo strumento ideale per la loro osservazione e per analizzare lo spettro della radiazione che arriva dopo un viaggio spaziotemporale incredibilmente lungo.

L’effetto di “lensing” gravitazionale prodotto da Abell 2744, oltre alla triplicazione dell’immagine di JD1, ne ha amplificato la luminosità di un fattore 13, rendendo possibile un’analisi accurata della radiazione raccolta da Webb tramite lo strumento NIRCam (che opera riprese nell’infrarosso, fig. 2) e NIRSpec (spettrografo per l’infrarosso vicino).

La disponibilità di dati fotometrici e spettrometrici ha permesso di ottenere una stima notevolmente affidabile del valore di redshift, rispettivamente di z=9,68 e di z=9,79. Questi valori di redshift indicano che Webb ha ripreso JD1 come essa era circa 13.3 miliardi di anni fa, appena 480 milioni di anni dopo l’origine dell’universo.

Queste stime assegnano a JD1 il primato della sorgente più debole tra quelle con redshift comparabile, avvalorando l’ipotesi che essa appartenga alle primordiali galassie che iniziarono ad “illuminare” la fase oscura del cosmo (fig. 3).

I dati hanno permesso anche di ricostruire la morfologia della galassia, formata da una componente primaria poco estesa e molto concentrata, responsabile della maggior parte dell’emissione, e da una componente più debole, a sua volta suddivisa in 2 ulteriori porzioni (fig. 4).

La stima delle dimensioni effettive di JD1 ha fornito un valore del raggio galattico di circa 34 pc.

1- https://www.nature.com/articles/s41586-023-05994-w#code-availability