Le prime galassie sono nate molto prima del previsto

Il gigantesco ammasso di galassie ellittiche nel centro di questa immagine contiene tanta massa di materia oscura che la sua gravità curve di luce. Questo ha permesso la scoperta della galassia più antica mai osservata. Crediti: NASA, ESA, J. Richard (CRAL) and J.-P. Kneib (LAM). Acknowledgement: Marc Postman (STScI)

Utilizzando la potenza di amplificazione di una lente gravitazionale cosmica, gli astronomi hanno scoperto una galassia lontana le cui stelle sono nate inaspettatamente presto nella storia del nostro universo. Questo risultato getta nuova luce sulla formazione delle prime galassie, così come sulla prima evoluzione dell’Universo.

Johan Richard, l’autore principale di un nuovo studio ha detto: “Abbiamo scoperto una lontana galassia le cui prime stelle si sono formate appena 200 milioni di anni dopo il Big Bang. Questa scoperta sfida le teorie di quando le galassie si sono formate e sono evolute nei primi anni di l’Universo. E ci potrebbe anche aiutare a risolvere il mistero del perché la nebbia di idrogeno che riempiva l’Universo primordiale è scomparsa. ”

La galassia scoperta è visibile attraverso un ammasso di galassie chiamato Abell 383, la cui potente gravità piega i raggi di luce quasi come una lente di ingrandimento. Il fortunato allineamento della galassia, dell’amasso e della Terra amplifica la luce che ci perviene da questa lontana galassia, permettendo agli astronomi di fare osservazioni dettagliate. Senza questa lente gravitazionale, la luce della galassia sarebbe stata troppo debole per essere osservata anche con i telescopi più potenti attualmente in costruzione.

Dopo aver isolato la galassia nelle immagini dell’Hubble e di Spitzer, due telescopi spaziali, il team ha effettuato osservazioni spettroscopiche con il telescopio Keck II alle Hawaii. La spettroscopia è la tecnica di scomposizione della luce nei suoi colori componenti. Analizzando questi spettri, il team è stato in grado di effettuare misurazioni dettagliate del suo redshift (spostamento verso il rosso) e dedurre informazioni sulle proprietà delle sue stelle.

Il redshift della galassia è 6,027, il che significa che noi la vediamo come era quando l’Universo aveva circa 950 milioni di anni. Questo fatto  non la rende la galassia più lontana mai rilevata – sono state confermate galassie a redshift superiore a 8, e c’è una galassia non confermata che ha  un redshift stimato di circa 10 (heic1103), che la colloca 400.000 mila anni prima. Tuttavia, la galassia recentemente scoperta ha caratteristiche profondamente diverse da altre galassie lontane precedentemente osservate, in cui generalmente brillano solo stelle giovani.

“Quando abbiamo preso in considerazione gli spettri, due cose erano chiare”, spiega il co-autore Eiichi Egami. “Il redshift la collocava molto presto nella storia del cosmo, come ci aspettavamo. Ma la rilevazione a infrarossi di Spitzer ha anche indicato che la galassia era composta da stelle vecchie e sorprendentemente deboli. Questo ci ha detto che la galassia era composta di stelle vecchie già quasi 750 milioni di anni, spingendo indietro l’epoca della sua formazione a circa 200 milioni di anni dopo il Big Bang, molto più di quanto ci aspettassimo”.

Il Co-autore Dan Stark continua: “Grazie all’amplificazione della luce della galassia dalla lente gravitazionale, abbiamo alcuni dati di qualità eccellente. Il nostro lavoro conferma alcune osservazioni precedenti che avevano accennato alla presenza di vecchie stelle nelle prime galassie. Ciò suggerisce che le prime galassie si sono formate molto tempo prima di quanto si pensasse.”

La scoperta ha implicazioni che trascendono la questione di quando le galassie si sono formate, e può aiutare a spiegare perché l’Universo divenne trasparente alla luce ultravioletta nei primi miliardi di anni dopo il Big Bang. Nei primi anni del cosmo, una nebbia diffusa di gas di idrogeno neutro bloccava la luce ultravioletta nell’Universo. Qualche tipo di fonte di di radiazioni deve aver progressivamente ionizzato il gas, ripulendo lo spazio dala nebbia a rendendolo trasparente ai raggi ultravioletti, come è oggi.

Gli astronomi ritengono che la radiazione che ha alimentato questa ripulitura deve provenire dalle galassie. Ma finora, non si immaginava nemmeno lontanamente di riuscire a scoprire una galassia così antica. Questa scoperta potrebbe aiutare a risolvere un grosso enigma della cosmologia.