Hubble osserva l’impossibile: luce ultravioletta da una galassia nata 1,4 miliardi di anni dopo il Big Bang

Gli astronomi che utilizzano il telescopio spaziale NASA/ESA Hubble hanno individuato qualcosa che non si aspettavano: luce ultravioletta proveniente da una galassia esistita appena 1,4 miliardi di anni dopo il Big Bang. La galassia, catalogata come MXDFz4.4, contiene giovani stelle strettamente raggruppate, capaci di produrre luce ionizzante in grado di trasformare il gas neutro e opaco presente dentro e attorno alla galassia, rendendo possibile una visione più chiara. La scoperta è particolarmente rilevante perché suggerisce che galassie simili, presenti nell’Universo primordiale, possano aver avuto un ruolo decisivo nel dissipare la nebbia neutra di idrogeno che un tempo riempiva il cosmo. In altre parole, MXDFz4.4 offre un indizio concreto su come le prime galassie abbiano contribuito a rendere l’Universo trasparente alla radiazione. Il lavoro scientifico che descrive questa scoperta è stato pubblicato il 23 giugno 2026 sull’Astrophysical Journal.

MXDFz4.4 e la fine dell’era della reionizzazione

La galassia MXDFz4.4 esisteva alla fine dell’era della reionizzazione, una fase trasformativa nella storia dell’Universo. Durante circa il primo miliardo di anni del cosmo, il gas tra stelle e galassie era opaco alla luce ultravioletta energetica. Con il passare del tempo, quel gas divenne ovunque trasparente, o ionizzato. Il cambiamento non avvenne come un interruttore acceso o spento, ma probabilmente richiese centinaia di milioni di anni. Gli scienziati stanno ancora raccogliendo prove per comprendere fino in fondo come questo processo si sia svolto. Proprio per questo, MXDFz4.4 rappresenta un precedente cruciale nello studio della reionizzazione cosmica. “Osservare una galassia come questa era ritenuto impossibile”, ha detto Ilias Goovaerts, autore principale dello studio e ricercatore post-dottorato presso lo Space Telescope Science Institute, STScI, a Baltimora. “I ricercatori si aspettavano che la ‘nebbia’ o idrogeno neutro che riempiva l’Universo primordiale fosse troppo densa e oscurasse la nostra visione della sua luce ionizzante. Hubble non solo ha individuato quella luce, ma ha anche contribuito a rivelare dettagli incredibili sulle caratteristiche della galassia”. 

La fuga della luce ionizzante dalle giovani stelle

Le giovani stelle massicce emettono luce ultravioletta capace di ionizzare gli atomi di idrogeno. Mentre questa luce ha viaggiato per oltre 12 miliardi di anni fino a raggiungere Hubble, l’espansione dello spazio l’ha stirata, o spostata verso il rosso, trasformandola in luce visibile. La copertura in lunghezza d’onda di Hubble, combinata con la sensibilità e la risoluzione garantite dalla sua posizione nello spazio, rende il telescopio l’unico strumento capace di catturare questa luce ultravioletta proveniente dall’Universo primordiale. “Astronomi hanno trovato molte galassie che esistevano in questo punto della storia dell’Universo, ma non abbiamo rilevato fotoni ionizzanti da nessuna di esse, rendendo MXDFz4.4 unica nel suo genere”, ha detto Marc Rafelski, coautore dello studio e vice responsabile della missione Hubble presso lo STScI. Le lunghe esposizioni di Hubble, ottenute da diversi programmi osservativi già esistenti, hanno rivelato che le giovani stelle massicce della galassia sono la sorgente della luce ultravioletta che ha ripulito lo spazio circostante. Queste stelle si sono formate in episodi intensi, avvenuti negli ultimi pochi milioni di anni dell’esistenza osservata di MXDFz4.4, e risultano concentrate in modo estremamente compatto.

Una galassia cento volte più piccola della Via Lattea ma più attiva nella formazione stellare

L’effetto di affollamento stellare è amplificato dalle dimensioni estreme della galassia. MXDFz4.4 è circa 100 volte più piccola della Via Lattea, ma sta formando stelle a un ritmo 10 volte più rapido. Questa combinazione di compattezza e intensa formazione stellare rende la galassia un laboratorio naturale per comprendere come la luce ionizzante potesse sfuggire dalle prime galassie. “Molte stelle giovani, calde e massicce in uno spazio piccolo fanno un lavoro migliore nel farsi strada attraverso il gas opaco”, ha detto Goovaerts. I ricercatori stimano che tra il 50 e il 100% della luce ionizzante energetica prodotta dalle giovani stelle stia sfuggendo dal gas circostante. Anche la durata della vita delle stelle massicce ha un ruolo importante. Queste stelle vivono solo pochi milioni di anni. Molte esplodono come supernove, liberando enormi quantità di energia e aprendo giganteschi varchi che permettono a una quantità ancora maggiore di luce di uscire.

Il contributo di Webb e del Very Large Telescope

Hubble non ha compiuto questa scoperta da solo. Le conclusioni sono sostenute dai dati raccolti dal telescopio spaziale NASA/ESA/CSA James Webb nella luce del vicino infrarosso e dal MUSE eXtremely Deep Field, o MXDF, da cui deriva il nome della galassia, osservato dal Very Large Telescope dell’European Southern Observatory nella luce visibile. Il team ha utilizzato i dati di Webb per determinare la massa della galassia, analizzare le sue stelle più antiche e misurare la sua storia di formazione stellare. Le stelle più vecchie della galassia sono meno massicce e più fredde, e quindi non sono responsabili della trasformazione del gas attorno a MXDFz4.4. Il confronto tra i dati di Hubble e Webb ha inoltre mostrato che la formazione stellare recente è avvenuta a raffiche. I dati del VLT hanno invece permesso di stabilire con precisione quando MXDFz4.4 esisteva: 1,4 miliardi di anni dopo il Big Bang.

Una scoperta che anticipa i precedenti record osservativi

Prima di questa scoperta, i ricercatori avevano identificato soltanto una galassia capace di emettere luce ionizzata in un’epoca in cui l’Universo aveva 1,6 miliardi di anni. Solo pochi altri esempi erano stati individuati, ma risalivano a un periodo in cui l’Universo aveva circa 2 miliardi di anni. MXDFz4.4 avvicina quindi gli astronomi alla possibilità di trarre conclusioni solide su come si sia sviluppata l’era della reionizzazione. “Queste intuizioni su MXDFz4.4 sono state possibili grazie alla potente combinazione di Hubble, Webb e VLT”, ha detto il coautore Alexander Beckett, ricercatore post-dottorato presso il Laboratoire d’Astrophysique de Marseille. “Anche così, solo usando software di analisi all’avanguardia, sviluppati principalmente a Marsiglia, siamo stati in grado di misurare le proprietà di questa galassia straordinaria”. La combinazione dei tre osservatori ha permesso di ricostruire un quadro più completo della galassia, collegando la sua massa, la composizione stellare, la storia della formazione stellare e il momento cosmico in cui ha emesso la luce oggi osservata.

Perché MXDFz4.4 è cruciale per capire la reionizzazione cosmica

Lo studio dell’era della reionizzazione è un obiettivo scientifico perseguito da decenni. Gli astronomi utilizzano le statistiche sulle popolazioni stellari nelle galassie vicine, che possono essere osservate in grande dettaglio, per formulare ipotesi fondate su ciò che potrebbe accadere nelle galassie dell’Universo primordiale. Questo metodo è necessario perché le popolazioni stellari più remote sono troppo lontane per essere risolte con lo stesso livello di dettaglio. Nel 2023, ricercatori che utilizzavano Webb hanno mostrato che le stelle delle galassie emettevano abbastanza luce da riscaldare e ionizzare il gas attorno a loro 900 milioni di anni dopo il Big Bang. Si è trattato di un risultato importante, ma gli astronomi hanno bisogno di galassie come MXDFz4.4 per spiegare pienamente come il processo sia avvenuto. Questa galassia mostra infatti in che modo la luce ad alta energia prodotta dalle giovani stelle sia riuscita a sfuggire al gas e alla polvere all’interno della galassia stessa. La questione centrale non riguarda soltanto la quantità di luce prodotta dalle stelle, ma anche la capacità di quella luce di uscire dalla galassia e raggiungere lo spazio circostante. MXDFz4.4 dimostra che, in condizioni particolari di compattezza stellare, intensa formazione di stelle e possibili esplosioni di supernove, una frazione molto elevata di radiazione ionizzante può effettivamente fuggire.

Hubble apre la strada alla ricerca di altre galassie simili

È possibile che altre galassie simili a MXDFz4.4 siano ancora in attesa di essere scoperte. Trovarle permetterebbe agli astronomi di verificare se questo oggetto sia un caso isolato o un esempio di una popolazione più ampia di galassie responsabili della trasformazione dell’Universo da opaco a trasparente. “Le osservazioni di Hubble di MXDFz4.4 ci permettono di testare le nostre ipotesi molto più vicino all’era della reionizzazione che mai”, ha detto Rafelski. “Trovare più galassie, specialmente a tempi cosmici leggermente successivi dove campioni più ampi sono a portata di mano, ci permetterebbe di affinare queste misurazioni e capire cosa ha liberato la nostra vista mentre quell’era stava finendo”.  La scoperta di luce ultravioletta ionizzante da MXDFz4.4 colloca Hubble al centro di una nuova fase di indagine sull’Universo primordiale. Insieme a Webb e al VLT, il telescopio spaziale ha mostrato che le prime galassie non erano soltanto oggetti lontani da osservare, ma protagoniste attive nella trasformazione del cosmo.