La prima immagine scientifica di qualità rivelata dal telescopio spaziale James Webb conteneva un tesoro nascosto sotto forma di una scintillante galassia lontana circondata da densi ammassi che potrebbero contenere alcune delle prime stelle dell’universo.
Quell’immagine, la prima immagine a campo profondo del James Webb, offriva una straordinaria gamma di galassie. E un team di astronomi canadesi ha ingrandito una galassia situata a 9 miliardi di anni luce dalla Terra, soprannominata “Sparkler Galaxy” perché gli oggetti compatti che la circondano appaiono come piccoli puntini giallo-rossi scintillanti. La galassia è notevole di per sé per il suo strano aspetto allungato, ma gli oggetti circostanti che hanno ispirato il soprannome sono di particolare interesse scientifico, poiché potrebbero essere i più distanti ammassi globulari di stelle mai trovati dagli astronomi.
Gli ammassi globulari sono raccolte di stelle antiche che risalgono alla fase iniziale di una galassia, quindi possono contenere indizi sulle prime fasi di formazione, crescita ed evoluzione galattica. Osservando i 12 oggetti compatti che circondano la Sparkler Galaxy, il team canadese NIRISS Unbiased Cluster Survey (CANUCS) ha scoperto che cinque di essi sono in effetti ammassi globulari. Inoltre, questi potrebbero essere alcuni dei più antichi ammassi globulari mai visti, risalenti forse al periodo in cui l’universo iniziò a dare origine alle stelle.
“È stato davvero sorprendente per noi essere stati in grado di trovare un oggetto così unico così presto nei dati del James Webb“, ha detto a Space.com Kartheik G. Iyer, astronomo dell’Università di Toronto in Canada e co-autore principale dello studio. “Secondo la nostra analisi, abbiamo scoperto che la maggior parte di questi bagliori attorno al corpo principale della galassia sono sistemi stellari davvero massicci e molto vecchi”. 
L’immagine del James Webb ha permesso al team di osservare i “bagliori” su una gamma di lunghezze d’onda, ha osservato Iyer, il che significa che gli scienziati potrebbero modellare gli ammassi con precisione per comprendere meglio le loro proprietà fisiche, inclusa la loro età e il numero di stelle che contengono. L’utilizzo di ammassi globulari così distanti per datare le prime stelle nelle prime galassie lontane non era possibile prima del telescopio spaziale James Webb.
“Quello che stiamo cercando di fare è cercare di datare in base all’età tutti gli oggetti dell’universo – le stelle, le galassie e gli ammassi globulari – perché vogliamo sapere, quando è che le stelle hanno iniziato a nascere?“, ha detto a Space.com Lamiya Mowla, coautrice dello studio e astronoma dell’Università di Toronto.
La Via Lattea contiene circa 150 ammassi globulari, ma gli scienziati hanno lottato per determinare la loro età. Mowla ha spiegato che mentre è relativamente facile datare in base all’età la maggior parte delle cose nella nostra galassia, questo non è il caso per oggetti particolarmente antichi. È molto più facile datare ammassi più distanti come la Galassia Sparkler, che gli astronomi vedono come erano 9 miliardi di anni fa, quando l’ammasso era molto più giovane e l’universo stesso aveva appena 4,5 miliardi di anni.
Pensate agli ammassi globulari che invecchiano come fanno gli umani, ha detto Mowla. “L’invecchiamento degli ammassi globulari nella Via Lattea è come guardare un’immagine cercando di dire se una persona ha 50 anni o se questa persona ha 55 anni”, ha detto. “È più facile dire se qualcuno ha 5 anni o se ne ha 10. È ancora più facile dire se ha 1 anno o se ha 6 anni“. E poiché gli astronomi vedono gli ammassi globulari che circondano la Galassia Sparkler come erano 9 miliardi di anni fa, sembrano molto giovani, il che rende la determinazione della loro età come guardare l’immagine di un bambino piuttosto che di una persona di mezza età.
Gli astronomi hanno ulteriormente confermato l’età degli ammassi utilizzando i dati dello strumento NIRISS (Near-Infrared Imager e Slitless Spectrograph) sul telescopio James Webb. Le osservazioni NIRISS non hanno rivelato alcun segno di ossigeno, che di solito è associato a giovani ammassi che stanno attivamente formando stelle.
Il James Webb ha ottenuto un aiuto nell’osservazione della Galassia Sparkler sia dal telescopio spaziale Hubble, che ha già osservato la galassia ma non è stato in grado di risolvere gli ammassi globulari che la circondano, sia da un fenomeno naturale chiamato lente gravitazionale.
Un aiuto dalla relatività generale
La lente gravitazionale è stata prevista per la prima volta nel 1915 dalla teoria della relatività generale di Einstein e da allora è diventata un potente strumento per gli astronomi. La relatività generale dice che oggetti di grande massa curvano il tessuto dello spazio-tempo. Nello spazio, questa curvatura piega il percorso della luce. Quando la massa di un oggetto in primo piano è estrema, questo può far apparire un oggetto sullo sfondo, la fonte di questa luce, molto più grande o in più punti di un’immagine.
Le lenti gravitazionali sono ciò che conferisce alla Sparkler Galaxy la sua strana forma allungata e la ingrandisce abbastanza da consentire a Webb di individuarla. Il fenomeno fa anche apparire molti degli ammassi circostanti in più punti dell’immagine del campo profondo del telescopio Webb.
Insieme, l’ingrandimento e le molteplici immagini create dalle lenti gravitazionali hanno entrambi aiutato nello studio di questi oggetti, ma hanno anche contribuito a confermare che questi ammassi effettivamente orbitano attorno alla Sparkler Galaxy e non sono solo “sovrapposti” su di essa nella linea di vista di Webb.
Una delle restanti domande che circondano la Sparkler Galaxy è quanto l’oggetto in primo piano, l’ammasso di galassie SMACS 0723, la stia ingrandendo. “L’ingrandimento della Sparkler Galaxy e dei suoi dintorni non è così limitato come vorremmo“, ha detto Iyer. “Quindi una delle cose che vogliamo fare è costruire un modello di ingrandimento migliore in modo da poter capire se è ingrandito di un fattore 10 o di un fattore 100“. Capire quanto sono ingranditi la Sparkler Galaxy e i suoi ammassi potrebbe aiutare a determinare proprietà come la loro età e la loro distanza dalla Terra in modo più preciso.
Il team CANUCS, inoltre, utilizzerà il telescopio Webb ad ottobre per studiare cinque enormi ammassi di galassie, attorno ai quali si aspettano di trovare più sistemi come quelli intorno alla Sparkler Galaxy. “Ci auguriamo che la conoscenza del fatto che gli ammassi globulari possono essere osservati da così grandi distanze con il telescopio James Webb stimoli ulteriori ricerche di oggetti simili”, ha affermato Iyer.
L’impatto del telescopio spaziale James Webb sull’astronomia
Sia gli astronomi che gli appassionati di spazio avevano atteso con impazienza il rilascio delle prime immagini di Webb. “La grande rivelazione è arrivata dalla NASA in serata e il giorno successivo l’intera collaborazione CANUCS stava guardando insieme questa immagine”, ha detto Mowla.
La scoperta di ammassi globulari così distanti nella prima immagine a campo profondo di Webb è un esempio di come il telescopio stia continuando a fornire risultati impressionanti e, nel contempo, a plasmare il futuro dell’astronomia, hanno affermato Mowla e Iyer. Il duo si riferisce al fatto che mentre la Sparkler Galaxy e i suoi compagni globulari sono abbastanza distanti da essere viste quando l’universo aveva solo circa 4 miliardi di anni, questo è ancora relativamente vicino considerando che il telescopio James Webb è stato progettato per vedere le galassie come erano solo centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang.
“Stiamo ottenendo dati più profondi di quanto ci aspettassimo, il che è abbastanza sorprendente”, ha detto Mowla. “È un momento incredibile per noi giovani astronomi che abbiamo appena iniziato“, ha aggiunto. “Le persone hanno aspettato questo telescopio per così tanto tempo, quindi ci sentiamo incredibilmente fortunati ad avere questo telescopio proprio all’inizio della nostra carriera“.
