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Dec 01, 2023

Le galassie nello specchio di JWST sono più vicine di quanto sembri

Recenti annunci del team del James Webb Space Telescope (JWST) hanno dimostrato che le galassie nell’universo primordiale sono molto più avanzate, mature ed evolute di quanto dovrebbero essere. Ma potrebbe essere

Recenti annunci del team del James Webb Space Telescope (JWST) hanno dimostrato che le galassie nell’universo primordiale sono molto più avanzate, mature ed evolute di quanto dovrebbero essere. Ma ciò potrebbe essere dovuto al fatto che abbiamo sistematicamente sovrastimato le distanze di quelle galassie, come dimostra una nuova ricerca.

Misurare le distanze nello spazio è un compito complicato. Non è sempre facile discernere se una galassia luminosa e/o grande sia relativamente vicina, o se sia fisicamente grande e luminosa. Nel corso dei decenni, gli astronomi hanno sviluppato una miriade di tecniche per aggirare questo problema. La maggior parte di queste tecniche fornisce risultati affidabili con maggiore precisione nell’universo relativamente locale. Per le galassie molto distanti, come quelle target del JWST, siamo costretti a utilizzare metodi molto meno precisi.

Invece di misurare direttamente le distanze di galassie estremamente distanti, gli astronomi cercano di determinare il loro spostamento verso il rosso. Uno spostamento verso il rosso rappresenta il cambiamento nello spettro luminoso di una galassia dovuto al suo allontanamento da noi a causa dell'espansione dell'universo. Sebbene sia possibile convertire uno spostamento verso il rosso in una distanza, gli astronomi devono assumere un modello cosmologico per farlo. In altre parole, assumiamo una certa quantità di energia oscura, materia oscura o altri parametri che influenzano il tasso di espansione dell’universo.

Quindi, gli astronomi di solito si limitano a segnalare lo spostamento verso il rosso e vanno avanti. In generale, maggiore è lo spostamento verso il rosso, più la galassia è distante da noi, che in ogni caso è ciò che ci interessa davvero.

Il JWST è stato in grado di scoprire galassie con spostamenti verso il rosso compresi tra 9 e 14, che rappresentano alcune delle galassie più distanti mai trovate, che fluttuano molto lontano nel cosmo neonato.

Non importa come le conti, queste galassie sono tra le prime ad apparire sulla scena cosmica. Quindi è sconcertante che alcune delle loro strutture sembrino sorprendentemente mature per la loro giovane età. Alcune delle galassie estremamente distanti sono grandi, contengono molte stelle e contengono molti elementi pesanti che richiedono la produzione di più generazioni di stelle.

Ma quei risultati sorprendenti si basavano su un metodo particolare per misurare lo spostamento verso il rosso, un metodo che non è poi così accurato. Il metodo, noto come misurazione fotometrica dello spostamento verso il rosso, prende la luce da una galassia e la smista in contenitori. Gli astronomi poi confrontano la luce in quei contenitori con la stessa luce proveniente dalle galassie vicine per ottenere una stima approssimativa dello spostamento verso il rosso.

Sebbene piuttosto incerto, questo metodo ha il vantaggio di essere veloce e facile da eseguire, quindi gli astronomi possono facilmente raccogliere un ampio campione di misurazioni dello spostamento verso il rosso senza dover fare molto lavoro aggiuntivo.

In un documento successivo presentato per la pubblicazione e apparso sulla prestampa arXiv, una coppia di astronomi ha confrontato due dozzine di spostamenti verso il rosso fotometrici con gli spostamenti verso il rosso ottenuti con un metodo più accurato: la spettroscopia. Gli spostamenti verso il rosso spettroscopici implicano prima la raccolta dello spettro dettagliato di una galassia e poi il suo utilizzo per misurare lo spostamento verso il rosso. Anche se più lungo e complicato, il processo produce misurazioni dello spostamento verso il rosso incredibilmente accurate.

I ricercatori hanno scoperto che nel loro campione quasi tutti i redshift fotometrici erano distorti in modo da essere più alti di quelli spettroscopici. In altre parole, la stima approssimativa ha prodotto uno spostamento verso il rosso quasi sempre superiore al vero spostamento verso il rosso. Per alcune galassie la differenza era piccola, ma per altre era enorme. In un caso, la stima fotometrica dello spostamento verso il rosso ha prodotto 11,5, mentre il vero spostamento verso il rosso era inferiore a 9. Si tratta di una differenza di miliardi di anni luce.

Nel complesso, i ricercatori hanno scoperto che gli spostamenti verso il rosso fotometrici dovevano essere attenuati di circa una deviazione standard. Ciò significa che quando gli spostamenti verso il rosso fotometrici sono stati riportati insieme alle relative incertezze, il vero spostamento verso il rosso si trova vicino al limite inferiore di tale intervallo di incertezza, non al centro, come ci aspetteremmo con una serie di incertezze casuali.

Questo non è un fenomeno nuovo, hanno sottolineato i ricercatori. In effetti, è qualcosa che il grande astronomo Sir Arthur Eddington sottolineò per la prima volta nel 1913 nel contesto delle indagini su stelle distanti. Ci aspettiamo che le misurazioni fotometriche siano imprecise, ma in modo casuale; circa la metà delle galassie dovrebbe mostrare uno spostamento verso il rosso troppo ampio e l'altra metà troppo basso.