Non appena il presidente Biden lo avrà svelato la prima immagine dal telescopio spaziale James Webb (JWST) l'11 luglio Massimo Pasquale e la sua squadra è entrata in azione.
Coordinando Slack, Pascale, un astrofisico dell'Università della California, Berkeley, e 14 collaboratori si sono divisi i compiti. L’immagine mostrava migliaia di galassie in una porzione di cielo delle dimensioni di uno spillo, alcune ingrandite mentre la loro luce si piegava attorno a un ammasso centrale di galassie. Il team si è messo al lavoro esaminando l'immagine, sperando di pubblicare il primo vero articolo scientifico JWST. “Abbiamo lavorato senza sosta”, ha detto Pascale. "Era come una stanza di fuga."
Tre giorni dopo, pochi minuti prima della scadenza giornaliera su arxiv.org, il server dove gli scienziati possono caricare le prime versioni degli articoli, il team hanno presentato le loro ricerche. Non sono riusciti ad arrivare primi per 13 secondi, "il che è stato piuttosto divertente", ha detto Pascale.
I vincitori, Guglielmo Mahler presso l'Università di Durham nel Regno Unito e colleghi, hanno analizzato la stessa prima immagine JWST. "C'è stato un puro piacere nel poter prendere questi dati straordinari e pubblicarli", ha detto Mahler. “Se possiamo farlo velocemente, perché dovremmo aspettare?”
La “sana competizione”, come la chiama Mahler, evidenzia l’enorme volume di scienza che sta già arrivando dal JWST, pochi giorni dopo che gli scienziati hanno iniziato a ricevere dati dal tanto atteso megatelescopio con rilevamento a infrarossi.
L'alba del tempo
Una delle abilità tanto pubblicizzate di JWST è il potere di guardare indietro nel tempo fino all'universo primordiale e vedere alcune delle prime galassie e stelle. Il telescopio, lanciato il giorno di Natale del 2021 e che ora si trova a 1.5 milioni di chilometri dalla Terra, ha già individuato la prima galassia più distante conosciuta.
Due gruppi hanno trovato la galassia analizzando separatamente le osservazioni del JWST per la ricerca GLASS, una delle oltre 200 programmi scientifici previsto per il primo anno del telescopio nello spazio. Entrambe le squadre, uno ha condotto by Rohan Naidu presso l'Harvard-Smithsonian Center for Astrofisica in Massachusetts e l'altra by Marco Castellano presso l'Osservatorio Astronomico di Roma, hanno individuato nei dati due galassie particolarmente remote: una così lontana che JWST rileva la luce emessa 400 milioni di anni dopo il Big Bang (un legame con la galassia più antica mai vista dal telescopio spaziale Hubble), e l'altro, soprannominato GLASS-z13, visto come apparve 300 milioni di anni dopo il Big Bang. "Sarebbe la galassia più distante mai trovata", ha detto Castellano.
Entrambe le galassie sembrano estremamente piccole, forse 100 volte più piccole della Via Lattea, eppure mostrano tassi di formazione stellare sorprendenti e contengono già 1 miliardo di volte la massa del nostro Sole, più di quanto previsto per galassie così giovani. Una delle galassie giovani mostra addirittura segni di una struttura a disco. Verranno condotti ulteriori studi per scomporre la loro luce e ricavarne le caratteristiche.
Un altro programma sull’universo primordiale ha anche scoperto “galassie incredibilmente distanti”, ha detto Rebecca Larson, astronomo dell'Università del Texas, Austin e membro del sondaggio CEERS (Cosmic Evolution Early Release Science). A poche settimane dall’inizio dell’indagine, il team ha raccolto una manciata di galassie dei primi 500 milioni di anni dell’universo, anche se Larson e i suoi colleghi non hanno ancora pubblicato i loro risultati esatti. “È meglio di quanto immaginassi ed è solo l’inizio”, ha detto.
Altre galassie primordiali si nascondono nell'immagine dell'ammasso di galassie presentata dal presidente Biden e studiata da Pascale e Mahler. Chiamato SMAC 0723, l'ammasso è così pesante che piega la luce degli oggetti più distanti, portandoli alla vista. Pascale e Mahler hanno scoperto fino a 16 galassie remote che sono state ingrandite nell'immagine; la loro età esatta non è ancora nota.
Il telescopio ha osservato più da vicino una galassia distante nell'immagine, una macchia di luce che risale a 700 milioni di anni dopo il Big Bang. Con il suo spettrografo, JWST ha rilevato elementi pesanti, in particolare ossigeno, nella galassia. Ora gli scienziati sperano che il telescopio rilevi l’assenza di elementi pesanti anche nelle galassie più antiche: la prova che queste galassie contengono solo Stelle della popolazione III, le ipotizzate prime stelle dell'universo, ritenute mostruosamente enormi e costituite interamente da idrogeno ed elio. (Solo quando quelle stelle esplosero forgiarono elementi più pesanti come l’ossigeno e li espulsero nel cosmo.)
"Cerchiamo galassie in cui non vediamo elementi pesanti", ha detto Andy Bunker, astrofisico dell'Università di Oxford. “Questa potrebbe essere una prova decisiva per la prima generazione di stelle formate da idrogeno ed elio primordiali. Teoricamente dovrebbero esistere. Dipende se sono abbastanza brillanti."
Struttura Galattica
Per gli scienziati che cercano di comprendere la struttura delle galassie e come si formano le stelle al loro interno, JWST ha già fornito dati di grande impatto.
Un programma di osservazione, guidato da Janice Lee presso il NOIRLab della National Science Foundation in Arizona, cerca giovani siti di formazione stellare nelle galassie. Per conto del team di Lee, JWST ha osservato una galassia distante 24 milioni di anni luce chiamata NGC 7496, le cui giovani regioni di formazione stellare sono state fino ad ora avvolte nell’oscurità; Gli strumenti di Hubble non sono stati in grado di penetrare lo spesso strato di polvere e gas che circonda queste regioni. JWST, tuttavia, può vedere la luce infrarossa che rimbalza sulla polvere, consentendo al telescopio di sondare vicino ai momenti in cui le stelle si accendono e la fusione nucleare si accende nei loro nuclei. "La polvere si sta effettivamente illuminando", ha detto Lee.
La cosa più notevole, ha detto, è che NGC 7496 è una galassia normale, “non una galassia da poster”. Eppure, sotto l’occhio vigile di JWST, improvvisamente prende vita e rivela i canali in cui si formano le stelle. "È semplicemente fenomenale", ha detto.
John Barentine, un astronomo della società di conservazione del cielo scuro Dark Sky Consulting in Arizona, nel frattempo, ha fatto una scoperta più fortuita in una delle prime immagini di JWST. L’immagine del telescopio della Nebulosa dell’Anello Meridionale, a 2,500 anni luce dalla Terra, ha mostrato notevole chiarezza. Di lato, è apparsa alla vista un’intrigante galassia vista di profilo (un punto di osservazione unico per studiare il rigonfiamento centrale della galassia), precedentemente identificata erroneamente come parte della nebulosa stessa.
"Abbiamo questa macchina squisitamente sensibile che rivelerà in modo fortuito cose che non sapevamo nemmeno di cercare", ha detto Barentine. "In quasi tutte le immagini scattate da Webb, vale la pena dare un'occhiata allo sfondo."
Uno sguardo alle stelle e ai pianeti
Anche obiettivi più piccoli sono nel mirino di JWST, compresi i pianeti del nostro sistema solare. Apparve Giove in modo magnifico come parte del primo lotto di immagini, catturate in un'esposizione della durata di soli 75 secondi.
Gli astronomi sanno che l’atmosfera superiore di Giove è centinaia di gradi più calda di quella inferiore, ma non sono sicuri del perché. Rilevando la luce infrarossa, JWST poteva vedere brillare l'atmosfera superiore riscaldata; appare come un anello rosso attorno al pianeta. "Abbiamo questo strato a poche centinaia di chilometri sopra gli strati nuvolosi, ed è luminoso perché fa caldo", ha detto Henrik Melin, scienziato planetario dell'Università di Leicester. “Non l’abbiamo mai visto prima su scala globale. È una cosa straordinaria da vedere”.
Il programma di Melin prevede di utilizzare JWST nelle prossime settimane per studiare la forza trainante dietro questo riscaldamento atmosferico.
Nascosta nell’immagine di Giove di JWST c’è la luna vulcanica Io che interagisce con l’aurora di Giove, creando una piccola protuberanza nell’aurora bassa nel cielo del pianeta. L’immagine rivela “materiale proveniente da Io che scorre lungo le linee del campo magnetico”, ha detto Melin. L'effetto è già stato visto, ma è stato facilmente individuato da JWST con appena uno sguardo al pianeta.
JWST sta esplorando anche pianeti in altri sistemi stellari. Il telescopio ha già dato una sbirciatina al famoso sistema TRAPPIST-1, una stella nana rossa con sette mondi delle dimensioni della Terra (alcuni potenzialmente abitabili), sebbene i dati siano ancora in fase di analisi. Sono state rilasciate le prime osservazioni di un pianeta meno ospitale, un “Giove caldo” chiamato WASP-96 b, in un’orbita stretta di 3.4 giorni attorno alla sua stella.
JWST ha trovato vapore acqueo nell’atmosfera del pianeta, confermando la presenza di acqua segnalato giorni prima by Chima McGruder dell'Harvard-Smithsonian Center e colleghi, che hanno utilizzato un telescopio terrestre. Ma JWST può andare oltre; osservando il rapporto tra carbonio e ossigeno di WASP-96 b, potrebbe essere in grado di risolvere un mistero confuso sui caldi Giove: come raggiungono orbite così vicine attorno alle loro stelle. Una maggiore quantità di ossigeno suggerirebbe che il gigante gassoso si sia formato inizialmente lontano dalla stella dove l’acqua poteva condensare, mentre un rapporto di carbonio più elevato suggerirebbe che sia sempre stato vicino.
Nel frattempo, JWST potrebbe aver individuato una luce temporanea nel cielo – un evento di breve durata noto come transitorio – cosa per cui inizialmente non era stato progettato. L'astronomo Mike Engesser e colleghi dello Space Telescope Science Institute di Baltimora, nel Maryland (il centro operativo di JWST), hanno notato un oggetto luminoso non evidente nelle immagini di Hubble della stessa regione. Pensano che sia una supernova, o una stella che esplode, a circa 3 miliardi di anni luce di distanza: la prova che il telescopio può rilevare questi eventi.
JWST dovrebbe essere in grado di trovare anche supernove molto più distanti, il che gli darà un altro modo per fungere da sonda dell’universo primordiale. Potrebbe anche scoprire che le stelle vengono distrutte dai buchi neri supermassicci che risiedono nei centri delle galassie, qualcosa che nessun telescopio precedente ha mai visto. "Per la prima volta saremo in grado di scrutare queste regioni molto profonde e oscure", ha detto Ori Fox, un astronomo dello Space Telescope Science Institute che guida il team che studia i transitori.
I transitori, come altri fenomeni astronomici, sono destinati a essere ridefiniti. Dopo decenni di pianificazione e costruzione, JWST ha raggiunto il cielo correndo. Il problema ora è tenere il passo con il costante bombardamento scientifico proveniente da una macchina così complessa ma impeccabile da sfidare quasi la convinzione che sia stata costruita dal cervello umano. "Funziona ed è pazzesco", ha detto Larson.
