I telescopi della NASA individuano un ammasso sorprendentemente maturo nell’universo primordiale

Una nuova scoperta cattura il momento cosmico in cui un ammasso di galassie — tra le strutture più grandi dell’universo — iniziò ad assemblarsi solo circa un miliardo di anni dopo il Big Bang, uno o due miliardi di anni prima di quanto si pensasse possibile. Questo risultato, realizzato utilizzando l’Osservatorio a Raggi X Chandra della NASA e il James Webb Space Telescope, porterà gli astronomi a ripensare quando e come si sono formate le strutture più grandi dell’universo.

Una nuova scoperta cattura il momento cosmico in cui un ammasso di galassie — tra le strutture più grandi dell’universo — iniziò ad assemblarsi solo circa un miliardo di anni dopo il Big Bang, uno o due miliardi di anni prima di quanto si pensasse possibile.

Questo risultato, realizzato utilizzando l’Osservatorio a Raggi X Chandra della NASA e il James Webb Space Telescope, porterà gli astronomi a ripensare quando e come si sono formate le strutture più grandi dell’universo.

I risultati sono descritti in un articolo pubblicato  sulla rivista Nature.

L’oggetto, noto come JADES-ID1 per la sua posizione nel “JWST Advanced Deep Extragalactic Survey” (JADES), ha una massa circa 20 trilioni di volte quella del Sole.

Gli astronomi classificano JADES-ID1 come un “protoammasso” perché attualmente sta attraversando una fase precoce e violenta di formazione e un giorno si trasformerà in un ammasso di galassie.

Tuttavia, JADES-ID1 si trova a una distanza molto maggiore — corrispondente a un periodo molto precedente nell’universo — di quanto gli astronomi si aspettassero per tali sistemi, offrendo un nuovo mistero su come possa formarsi così rapidamente.

“Questo potrebbe essere il protoammasso confermato più distante mai visto,” ha detto Akos Bogdan del Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) che ha guidato lo studio. “JADES-ID1 ci sta dando nuove prove che l’universo era in grande fretta di crescere.”

Gli ammassi di galassie contengono centinaia o addirittura migliaia di singole galassie immerse in enormi pozze di gas surriscaldato, insieme a grandi quantità di materia oscura invisibile.

Gli astronomi utilizzano ammassi di galassie per misurare l’espansione dell’universo e i ruoli dell’energia oscura e della materia oscura, tra altri importanti studi cosmici.

“È molto importante vedere quando e come crescono gli ammassi di galassie”, ha detto il coautore Gerrit Schellenberger, anch’egli di CfA. “È come guardare una catena di montaggio costruire un’auto, invece di cercare solo di capire come funziona un’auto guardando il prodotto finito.”

I dati di Chandra e Webb rivelano che JADES-ID1 contiene le due proprietà che confermano la presenza di un protoammasso: un gran numero di galassie tenute insieme dalla gravità (Webb vede almeno 66 membri potenziali) che si trovano anch’esse in una enorme nube di gas caldo (rilevata da Chandra).

Mentre si forma un ammasso di galassie, il gas cade verso l’interno e viene riscaldato da onde d’urto, raggiungendo temperature di milioni di gradi e brillando nei raggi X.

Ciò che rende JADES-ID1 eccezionale è il periodo straordinariamente antico in cui appare nella storia cosmica.

La maggior parte dei modelli dell’universo prevede che probabilmente non ci sarebbe abbastanza tempo e una densità di galassie sufficientemente elevata perché un protoammasso di queste dimensioni si formi solo un miliardo di anni dopo il Big Bang.

Il precedente detentore del record per un protoammulo con emissione di raggi X si vede molto più tardi, circa tre miliardi di anni dopo il Big Bang.

“Pensavamo di trovare un protoammasso come questo due o tre miliardi di anni dopo il Big Bang — non solo un miliardo”, ha detto la coautrice Qiong Li dell’Università di Manchester nel Regno Unito.

“Prima, gli astronomi trovavano galassie e buchi neri sorprendentemente grandi poco dopo il Big Bang, e ora stiamo scoprendo che anche gli ammassi di galassie possono crescere rapidamente.”

Dopo miliardi di anni JADES-ID1 dovrebbe evolversi da un protoammasso a un enorme ammasso di galassie come quelli che vediamo molto più vicini alla Terra.

Per trovare JADES-ID1, gli astronomi hanno combinato osservazioni profonde sia di Chandra che di Webb. Per progettazione, il campo JADES si sovrappone al Chandra Deep Field South, il sito dell’osservazione a raggi X più profonda mai condotta. Questo campo è quindi uno dei pochi in tutto il cielo in cui si potrebbe fare una scoperta del genere.

In uno studio precedente, un team di ricercatori guidato da Li e Conselice ha trovato altri cinque candidati proto-ammacci nel campo JADES, ma solo in JADES-ID1 le galassie sono immerse nel gas caldo. Solo JADES-ID1 possiede abbastanza massa per permettere un segnale a raggi X proveniente da gas caldo.

“Scoperte come questa avvengono quando due potenti telescopi come Chandra e Webb fissano lo stesso pezzo di cielo al limite delle loro capacità di osservazione,” ha detto il coautore Christopher Conselice, anch’egli dell’Università di Manchester

“Una sfida per noi ora è capire come questo protoammasso sia riuscito a formarsi così rapidamente.”

Lo studio precedente guidato da Li fu pubblicato nei Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

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