Categorie: Ammassi galattici Cosmologia Galassie Strumenti e missioni
Tags: galassie primordiali Webb
Scritto da: Guido Ghezzi
Commenti:5
IL MAGICO 2744*
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.
![](http://www.infinitoteatrodelcosmo.it/wp-content/uploads/2023/06/fig1good.png)
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).
![](http://www.infinitoteatrodelcosmo.it/wp-content/uploads/2023/06/fig2good.png)
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).
![](http://www.infinitoteatrodelcosmo.it/wp-content/uploads/2023/06/fig4.jpg)
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).
![](http://www.infinitoteatrodelcosmo.it/wp-content/uploads/2023/06/fig3-good.png)
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
5 commenti
Grazie Guido, un vero spettacolo !
Riesci facilmente a spiegarmi come si fa a capire che si tratta di tre repliche della stessa galassia e non di tre galassie diverse? Solo perché hanno lo stesso identico spettro? O sulla base di un calcolo matematico che partendo dalla massa di Pandora sa prevedere esattamente dove si trovano le copie? E, individuate le tre componenti, la posizione esatta della galassia vera, dietro a Pandora, si riesce a calcolarla precisamente?
Mi segnalate, per favore, qualche articolo di Enzo che spiega precisamente il lensing gravitazionale?
Ecco a te, Albertone…
http://www.infinitoteatrodelcosmo.it/effetto-lente-gravitazionale/
La pubblicazione fornisce qualche stringato dettaglio in merito alla triplicazione dell'immagine, le 3 immagini presentano valori di red shift in mutuo accordo tramite determinazioni spettrometriche e fotometriche. Inoltre il colore delle immagini visibili nella figura (immagini A e B) è uguale (entro il campo di incertezza ammesso per le rispettive misure) inoltre le due forme sono in ottimo accordo con la previsione della deformazione causata dal "lensing" usando il modello gravitazionale di Pandora e l'algoritmo cui si è fatto riferimento. Se non ho inteso male (ma qui ci vuole Enzo a corroborare...) è stato applicato un metodo "di inversione" cioè si parte dai dati misurati di una certa grandezza legata alle caratteristiche della sorgente poi si usa un modello di riferimento (definito in precedenza sulla base di altri dati, in questo caso la distribuzione di massa di Pandora) per riscostruire le caratteristiche della sorgente. Questi metodi, piuttosto sofisticati, non forniscono soluzioni certe e uniche, di norma occorre scartare soluzioni incompatibili con le condizioni specifiche del caso in studio o comunque "non sufficientemente solide" dal punto di vista probabilistico. E naturalmente il modello di riferimento riveste valore cruciale.
Lascio la parola a Enzo (e ad altri più esperti in materia).
Caro Albertone,
Guido dice bene... Facciamo un esempio terra-terra. Osservo una galassia vicina e vedo che vicina a lei vi è un'altra galassia. Misuro il redshift e mi accorgo che è decisamente più lontana. E' obbligatorio, quindi, che la luce della galassia lontana abbia subito l'effetto lente. A questo punto ho due strade: scruto attorno alla galassia lente e cerco altre immagini con alto redshift. Applico il modello e vedo se le immagini sono compatibili con una sola galassia e in che posizione si deve trovarsi. Alternativamente, provo vari modelli e guardo se in realtà vi sono immagini nei punti aspettati. Con una lente-ammasso le cose sono un po' più complicate, ma l'essenza è la stessa.
In poche parole: un'immagine vicina alla lente, con redshift molto alto, comporta un effetto lente. Resta solo da modellare al meglio la situazione.