Una galassia simile alla Via Lattea nel giovane Universo, in un’epoca cosmica vicina al Big Bang
Vengono definiti “cigni neri”Il cigno nero è una specie di cigno scoperto in Australia nel 1697. Non essendo presente nel continente euro-asiatico, prima della sua scoperta da parte degli occidentali era considerata una ovvietà che esistessero solamente cigni di colore bianco. eventi la cui probabilità di avverarsi sia molto piccola e diffcile da calcolare. Fenomeni ritenuti improbabili, quindi, ma non impossibili, che alla luce dell’evidenza osservativa vengono allora considerati ovvi.
E quale sarebbe allora questo cigno nero astronomico? Si tratta di una galassia di tipo SB, ossia una galassia a spirale barrata morfologicamente simile alla Via Lattea. Ma se si tratta di un tipo di oggetto astronomico noto, perché parlare di un cigno nero, nel senso prima descritto? Perché questa galassia è stata scoperta in un’epoca cosmica in cui non si credeva che una spirale barrata potesse esistere, molto vicina temporalmente al Big Bang. Ma vediamo la notizia di questa scoperta.
La galassia spirale barrata simile alla Via Lattea 2 miliardi di anni dopo il Big Bang
Mediante il telescopio spaziale Webb, un gruppo di astronomi ha osservato ad un’epoca cosmica a solo 2 miliardi di anni dal Big Bang e quindi con uno spostamento verso il rosso della sua luceIndicato anche come redshift, consiste nella variazione della frequenza di un onda elettromagnetica emessa da una sorgente per effetto Doppler, causato dall’espansione dell’Universo. La relazione che lega z alla frequenza dell’onda è z = (𝜈emessa – 𝜈ossservata) / 𝜈osservata z=3, una galassia analoga, per tipologia e morfologia, alla Via Lattea. E questo pone una serie di interessanti interrogativi sulla affidabilità dei modelli di formazione ed evoluzione delle galassie nei primi miliardi di anni di vita del nostro Universo.
Secondo le teorie sull’evoluzione delle galassie, un oggetto di questo tipo non dovrebbe essere presente nell’universo sino ad un’epoca cosmica di oltre 6 miliardi di anni dal Big Bang. Questa scoperta implica quindi che le galassie, in base ai processi evolutivi delle stelle e della materia che si trovano al loro interno raggiungono una disposizione ordinata in una frazione del tempo prevista dalle attuali conoscenze.
Prima di questo lavoro si riteneva infatti che le strutture a barra nelle galassie a disco potessero svilupparsi solo in ambienti dinamicamente freddi e con basso redshift, poiché la forte turbolenza del gas tipica delle galassie a disco con elevato redshift avrebbe distrutto o ritardato la formazione delle barre. I modelli attuali di evoluzione prevedono che le barre siano quasi assenti oltre z = 1.5 nei progenitori delle galassie simili alla Via Lattea. Ulteriori conseguenze dello studio sono che i barioniParticelle sub atomiche non elementari, aventi cioè una struttura interna composta da un numero dispari di quark ⫺3. I barioni appartengono alla famiglia degli adroni, formata per l’appunto da barioni e mesoni; a differenza dei barioni, i mesoni contengono un numero pari di quark, ossia 2. Esempi di barioni sono il protone ed il neutrone nelle galassie potrebbero già aver dominato la materia oscura a z ≈ 3 e che in circa 400 milioni di anni sarebbe possibile la formazione di barre ad epoche corrispondenti ad alti valori di z. Inoltre dischi stellari dinamicamente freddi, potrebbero essere esistiti a z = 4–5, ossia oltre 12 miliardi di anni fa.
La galassia argomento dello studio si chiama CEERS-2112Cosmic Evolution Early Release Science è stata la prima campagna di osservazioni eseguita a varie lunghezze d’onda dallo strumento NIRCam del telescopio spaziale Webb, ad inizio estate 2022, quando CEERS-2112 è stata identificata ed è situata alle seguenti coordinate celesti, espresse in gradi decimali: R.A. 214°.97 e Dec. 52°.99; questa è la regione al confine nord orientale della costellazione del BooteLa zona della costellazione in cui si trova CEERS-2112 è indicativamente vicina al centro dell’allineamento tra le stelle 𝜃 e 𝞌2, visibili nella mappa allegata alla descrizione della costellazione con Ursa Maior. Le immagini precedenti sono state riprese mediante tutti della NIRCam, e sono rappresentate mediante le isofoteCurve che uniscono tutti i punti di un’immagine aventi uguale intensità luminosa di colore bianco.
Gli aspetti tecnici della ricerca, liberamente consultabili su Nature, hanno richiesto l’applicazione di algoritmi statistico-matematici per estrarre le informazioni sulla forma della galassia. Solo in questo modo è stato possibile, nonostante la capacità dello strumento utilizzato, risalire alla struttura più probabile di questa lontanissima galassia dalle immagini originali.
La prima immagine a sinistra (a) è una combinazione di tutte le immagini NIRCam mostrate in precedenza, dove i contorni definiti dalle isofote mostrano una struttura oblunga nella regione interna e, meno evidenti, i bracci a spirale che dipartono da essa. Nella immagine di centro (b), dopo un procedimento di elaborazione dell’immagine a) utilizzato per evidenziare differenti forme geometriche, si riconoscono le strutture a barra ed a spirale, evidenziati dai contorni bianchi e rossi rispettivamente. Nella immagine a destra (c) è presentato un modello modello bidimensionale dell’insieme barra + disco, che mostra una barra stellare di lunghezza 0.42 ± 0.03 arcosecondi, equivalenti alla distanza osservata a circa 3.3 kiloparsec. La componente barra è mostrata come una linea continua verde-azzurra e le isofote barra + disco sono mostrate come contorni tratteggiati bianchi.
Per descrivere meno tecnicamente tempi distanze implicate da questa ricerca, ossia la natura dello spazio-tempo relativistico come lo concepiamo attualmente, facciamo un rapido confronto. Questa galassia contenente al suo interno miliardi di soli, esisteva già oltre 6 miliardi di anni fa. In altri termini, le sue stelle illuminavano già il cosmo mentre la Via Lattea andava lentamente trasformandosi in ciò che è oggi. I suoi astri brillavano precedentemente alla formazione del Sole e del Sistema Solare e prima che sulla Terra iniziasse il fenomeno vitale che ci ha portati ad essere qui, in questo momento ad osservare CEERS-2112. Mentre l’Universo si espandeva e la luce di quei soli infinitamente lontani viaggiava, quegli stessi soli vivevano e morivano in una incessante trasformazione, con una lenta ma incessante evoluzione la complessità della vita sul nostro pianeta è cresciuta sino ad un livello tale da riuscire a comprendere, tutto questo.
O quantomeno, a credere di poterlo comprendere.