Lo spettrometro JWST affina i redshift di galassie lontane

Lo strumento NIRSpec sul James Webb Space Telescope (JWST) ha rivelato che una galassia lontana che si pensava fosse a un redshift da record di 16.4 è in realtà molto più vicina alla Terra. Lo studio ha anche confermato che alcuni altri oggetti osservati da JWST sono tra le galassie più distanti mai viste.

Il redshift cosmologico è una misura di quanto la luce di una galassia è stata allungata a lunghezze d'onda più lunghe e più rosse dall'espansione dell'universo. Più alto è il redshift, più tempo deve aver trascorso la luce proveniente da una galassia a muoversi attraverso il cosmo in espansione. Ciò significa che vediamo oggetti ad alto spostamento verso il rosso come sono apparsi molto tempo fa e che gli oggetti sono molto lontani.

Gli astronomi sono molto interessati a studiare le galassie ad alto spostamento verso il rosso perché forniscono una finestra sull'universo primordiale. In effetti, recenti osservazioni supportano un quadro emergente secondo cui le galassie nell'universo primordiale erano più massicce, più sviluppate e più luminose di quanto precedentemente previsto.

Diverse deboli galassie

Nell'estate del 2022, le prime indagini approfondite dell'universo distante del JWST hanno rivelato diverse galassie deboli che si stima fossero le galassie con il più alto spostamento verso il rosso mai viste.

Viene chiamato un oggetto Galassia di Maisie che è stato scoperto nei dati JWST da un team guidato da Steve Finkelstein dell'Università del Texas ad Austin. Inizialmente si pensava che la galassia fosse al redshift 14.3, che l'avrebbe collocata a soli 280 milioni di anni dopo il Big Bang. Un altro candidato, CEERS-93316, trovato da un team guidato da Callum Donnan dell'Università di Edimburgo, sembrava essere a un redshift di 16.4, che equivale a soli 250 milioni di anni dopo il Big Bang.

Per fare un confronto, la galassia confermata più distante conosciuta prima del lancio del JWST era Gn-z11, che ha un redshift di 11.6.

Spostamenti verso il rosso rivisti

Queste prime misurazioni JWST sono state effettuate utilizzando una tecnica fotometrica, che misura il rossore complessivo di una galassia. Sebbene questa tecnica possa essere utilizzata su oggetti deboli e distanti, può essere influenzata dalla presenza di polvere e non è precisa quanto la misurazione degli spostamenti delle singole righe spettrali. Ora, un team di astronomi ha utilizzato lo spettrometro nel vicino infrarosso (NIRSpec) di JWST per osservare le galassie e perfezionare le stime del redshift, con risultati contrastanti.

"Sfortunatamente, il candidato al redshift 16.4 [CEERS-93316] si è rivelato essere un redshift basso", afferma Donnan, che è un membro del team guidato da Pablo Arrabal Haro di NOIRLab in Arizona. Poiché i dati NIRSpec sono stati immediatamente resi pubblici senza tempo riservato agli scienziati che hanno proposto le osservazioni, il team di Haro ha dovuto scrivere il proprio articolo in meno di tre giorni per evitare di essere picchiato sul tempo.

Piuttosto che essere a 16.4, CEERS-93316 è risultata essere una galassia polverosa con un redshift di 4.9, il che significa che la vediamo come esisteva 12.5 miliardi di anni fa. Il team di Donnan aveva precedentemente pensato di avere buone ragioni per un redshift da record, in particolare perché la galassia mostrava una forte emissione blu e ultravioletta nel suo frame di riposo (come appare con il redshift rimosso).

Tuttavia, la combinazione di linee di emissione molto forti unita al fatto che una di quelle linee, della lunghezza d'onda dell'idrogeno-alfa, era in una posizione in cui tre dei filtri di NIRSpec si sovrappongono in modo che la linea di emissione contribuisca a tutti e tre, ha erroneamente dato l'impressione che CEERS-93316 era una galassia intrinsecamente luminosa con uno spostamento verso il rosso molto più elevato.

Galassia di Maisie

C'erano notizie migliori nella posta in gioco del redshift per Maisie's Galaxy, che si è rivelato essere a un redshift di 11.4. Questo è ancora un redshift molto alto e indica una galassia priva di polvere. La galassia ha anche un tasso di formazione stellare relativamente alto e una massa stellare totale di 250 milioni di volte la massa del Sole. Questa massa era cresciuta in un periodo di 30-120 milioni di anni prima del momento in cui vediamo la Galassia di Maisie.

NIRSpec ha ora dimostrato che altre otto galassie hanno spostamenti verso il rosso maggiori di 10. L'attuale detentore del record è GIADA-GS-z13-0, che ha un redshift confermato spettroscopicamente di 13.2 e che vediamo esistere solo 350 milioni di anni dopo il Big Bang.

Donnan è ancora fiducioso che JWST sarà in grado di scoprire galassie con spostamenti verso il rosso spettroscopici maggiori di 14. "È possibile, specialmente nell'imaging più profondo", dice Mondo della fisica.

Produzione di polvere

Non che una galassia ben studiata con un redshift di 4.9 sia qualcosa da annusare. Studiare le proprietà delle galassie che esistevano quando l'universo aveva poco più di un miliardo di anni è fondamentale per capire come si sono sviluppate le galassie in termini di formazione stellare. Questo può essere dedotto dalla quantità di polvere che le successive generazioni di stelle producono, la stessa polvere che fa apparire CEERS-93316 più rossa.

"Dobbiamo fare un'analisi più dettagliata delle proprietà di CEERS-93316, ma sembra essere polveroso", afferma Donnan. "Dobbiamo esaminare la sua storia di formazione stellare se vogliamo capire come è nata".

Nel frattempo, secondo Finkelstein, che è anche coinvolto nello studio NIRSpec, sono previste ulteriori osservazioni per le galassie con spostamento verso il rosso molto elevato come la Galassia di Maisie.

Spettroscopia più profonda

"Il passo successivo è decisamente una spettroscopia più profonda, per sondare esattamente cosa sta facendo sì che [la Galassia di Maisie] sia così blu", dice, riferendosi al suo colore di riposo. La teoria principale è che le prime galassie come la Galassia di Maisie avevano una proporzione maggiore di stelle luminose, blu e massicce rispetto alle galassie odierne. Le osservazioni utilizzando uno dei telescopi Keck da 10 metri alle Hawaii sono già in corso e Finkelstein spera di proseguire con JWST in futuro.

"Cercheremo caratteristiche più deboli della linea di emissione UV a riposo, che sono diagnostiche per cose tra cui la presenza di stelle molto massicce e anche quanto sia intensa la luce delle stelle dalle stelle che vediamo", afferma Finkelstein.

In definitiva, i risultati ci ricordano la necessità della conferma spettroscopica degli spostamenti verso il rosso delle galassie e che fino a quando non verranno effettuate tali misurazioni, dovremmo prendere con cautela le affermazioni di spostamenti verso il rosso fotometrici da record.

La ricerca è descritta in a prestampa su arXiv.

• Distribuzione di contenuti basati su SEO e PR. Ricevi amplificazione oggi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Conoscenza amplificata. Accedi qui.
• Coniare il futuro con Adryenn Ashley. Accedi qui.
• Fonte: https://physicsworld.com/a/jwst-spectrometer-refines-redshifts-of-distant-galaxies/