Rivista Quanti

20 gennaio 2023

Il telescopio Webb ha individuato galassie sorprendentemente lontane nello spazio e nel profondo passato. Questi quattro, studiati da un team chiamato JADES, sono tutti visti come apparvero meno di 500 milioni di anni dopo il Big Bang.

Samuel Velasco/Quanta Magazine; fonte: NASA

Scrittore collaboratore

20 gennaio 2023

Si supponeva che le crepe nella cosmologia avrebbero impiegato del tempo per apparire. Ma quando la scorsa primavera il telescopio spaziale James Webb (JWST) ha aperto le sue lenti, galassie estremamente distanti ma molto luminose hanno immediatamente brillato nel campo visivo del telescopio. "Erano così stupidamente luminosi e si distinguevano", ha detto Rohan Naidu, un astronomo del Massachusetts Institute of Technology.

Le distanze apparenti delle galassie dalla Terra suggeriscono che si siano formate molto prima nella storia dell'universo di quanto chiunque si aspettasse. (Più una cosa è lontana, più tempo fa la sua luce è esplosa.) I dubbi turbinavano, ma a dicembre gli astronomi hanno confermato che alcune galassie sono davvero così distanti, e quindi primordiali, come sembrano. La prima delle galassie confermate ha emesso la sua luce 330 milioni di anni dopo il Big Bang, diventando così il nuovo detentore del record per la prima struttura conosciuta nell'universo. Quella galassia era piuttosto fioca, ma altri candidati vagamente ancorati allo stesso periodo di tempo brillavano già, il che significa che erano potenzialmente enormi.

Come è possibile che le stelle si accendano all'interno di nubi di gas surriscaldate così presto dopo il Big Bang? Come potrebbero intrecciarsi frettolosamente in strutture così enormi legate gravitazionalmente? Trovare galassie così grandi, luminose e primordiali sembra come trovare un coniglio fossilizzato negli strati precambriani. "Non ci sono grandi cose all'inizio. Ci vuole un po' di tempo per arrivare a grandi cose", ha detto Mike Boylan-Kolchin, fisico teorico dell'Università del Texas, ad Austin.

Gli astronomi iniziarono a chiedersi se la profusione delle prime grandi cose sfidasse l’attuale comprensione del cosmo. Alcuni ricercatori e media hanno affermato che le osservazioni del telescopio stavano infrangendo il modello standard della cosmologia – un insieme di equazioni ben testato chiamato modello lambda della materia oscura fredda, o ΛCDM, – indicando in modo emozionante nuovi ingredienti cosmici o leggi governative. Da allora è diventato chiaro, tuttavia, che il modello ΛCDM è resiliente. Invece di costringere i ricercatori a riscrivere le regole della cosmologia, le scoperte del JWST hanno spinto gli astronomi a ripensare il modo in cui sono formate le galassie, soprattutto all’inizio cosmico. Il telescopio non ha ancora rotto la cosmologia, ma ciò non significa che il caso delle galassie troppo precoci si rivelerà tutt'altro che epocale.

Per capire perché l’individuazione di galassie molto primordiali e luminose sia sorprendente, è utile capire cosa sanno – o pensano di sapere – i cosmologi sull’universo.

Dopo il Big Bang, l’universo infantile cominciò a raffreddarsi. Nel giro di pochi milioni di anni, il plasma turbolento che riempiva lo spazio si stabilizzò e gli elettroni, i protoni e i neutroni si combinarono in atomi, per lo più idrogeno neutro. Le cose rimasero tranquille e oscure per un periodo di durata incerta noto come età oscura cosmica. Poi è successo qualcosa.

La maggior parte del materiale andato in pezzi dopo il Big Bang è costituito da qualcosa che non possiamo vedere, chiamato materia oscura. Ha esercitato una potente influenza sul cosmo, soprattutto all'inizio. Nel quadro standard, la materia oscura fredda (un termine che significa particelle invisibili e lente) veniva scagliata nel cosmo indiscriminatamente. In alcune aree la sua distribuzione era più densa e in queste regioni ha cominciato a collassare in gruppi. La materia visibile, cioè gli atomi, raggruppata attorno ai grumi di materia oscura. Quando anche gli atomi si raffreddarono, alla fine si condensarono e nacquero le prime stelle. Queste nuove fonti di radiazione ricaricarono l’idrogeno neutro che riempiva l’universo durante la cosiddetta epoca della reionizzazione. Attraverso la gravità, strutture più grandi e complesse sono cresciute, costruendo una vasta rete cosmica di galassie.

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