Come sono fatte le altre galassie? Abbiamo una risposta ed è GRANDE!

Le nuove galassie appena scoperte sembrano tutte incredibilmente grandi: un nuovo studio può capirne il motivo.

I primi risultati del Telescopio Spaziale James Webb hanno fatto pensare a galassie così precoci e così massicce da essere in contrasto con la nostra comprensione della formazione della struttura dell’universo. Sono state proposte diverse spiegazioni che potrebbero attenuare questa tensione.

Ma ora un nuovo studio del Cosmic Dawn Center suggerisce un effetto mai studiato prima in epoche così precoci, indicando che le galassie potrebbero essere ancora più massicce.

Galassie gigantesche

Se avete seguito i primi risultati del telescopio spaziale James Webb, avrete probabilmente sentito parlare del problema principale delle osservazioni delle prime galassie: sono troppo grandi. Pochi giorni dopo la pubblicazione delle prime immagini, e ripetutamente nei mesi successivi, sono apparse nuove segnalazioni di galassie sempre più distanti. È inquietante notare che molte di queste galassie sembravano essere “troppo massicce”.

Secondo il modello di concordanza della struttura e dell’evoluzione dell’universo attualmente accettato, il cosiddetto modello ΛCDM, non avrebbero dovuto avere il tempo di formare così tante stelle. Sebbene il modello ΛCDM non sia un santo graal indistruttibile, ci sono molte ragioni per aspettare un cambiamento di paradigma: le epoche misurate in cui vediamo le galassie potrebbero essere sottostimate.

Le loro masse stellari potrebbero essere sovrastimate. Oppure potremmo essere stati fortunati e aver scoperto in qualche modo la più massiccia delle galassie in quel momento.

Arriva una soluzione?

Ma ora Clara Giménez Arteaga, dottoranda presso il Cosmic Dawn Center, propone un effetto che potrebbe aumentare ulteriormente la tensione.

In sostanza, la massa stellare di una galassia viene stimata misurando la quantità di luce emessa dalla galassia e calcolando quante stelle sono necessarie per emettere tale quantità. L’approccio abituale è quello di considerare la luce combinata dell’intera galassia.

Tuttavia, esaminando più da vicino un campione di cinque galassie, osservate con James Webb, Giménez Arteaga ha scoperto che se la galassia non viene considerata come un grande ammasso di stelle, ma come un’entità costituita da più ammassi, emerge un quadro diverso.

Abbiamo utilizzato la procedura standard per calcolare le masse stellari dalle immagini scattate da James Webb, ma su una base di pixel per pixel, invece di considerare l’intera galassia. In linea di principio, ci si potrebbe aspettare che i risultati siano gli stessi: sommare la luce di tutti i pixel e trovare la massa stellare totale, anziché calcolare la massa di ciascun pixel e sommare tutte le singole masse stellari. Ma non è così

Spiega Giménez Arteaga.

In effetti, le masse stellari dedotte si sono rivelate fino a dieci volte più grandi.

La figura seguente mostra le cinque galassie con le loro masse stellari determinate in entrambi i modi. Se i due approcci concordassero, tutte le galassie si troverebbero lungo la linea obliqua denominata “Lo stesso”. Invece si trovano tutte al di sopra di questa linea.

Le cinque galassie collocate in un diagramma che mostra sia la massa stellare dedotta nel modo “consueto” (numeri blu) sia il metodo pixel per pixel di Clara Giménez-Arteaga (numeri rossi). In tutti i casi, le masse trovate con il metodo pixel per pixel sono più grandi. Crediti: Giménez-Arteaga et al. (2023), Peter Laursen (Cosmic Dawn Center)

Qual è dunque la ragione per cui le masse stellari risultano così grandi?

Giménez Arteaga spiega:

Le popolazioni stellari sono un misto di stelle piccole e deboli da un lato e di stelle luminose e massicce dall’altro. Se ci limitiamo a osservare la luce combinata, le stelle luminose tendono a mettere completamente in ombra le stelle deboli, lasciandole inosservate. La nostra analisi mostra che gli ammassi luminosi in formazione stellare possono dominare la luce totale, ma la maggior parte della massa si trova nelle stelle più piccole

La massa stellare è una delle principali proprietà utilizzate per caratterizzare una galassia e il risultato di Giménez-Arteaga sottolinea l’importanza di poter risolvere le galassie. Ma per le galassie più lontane e deboli, questo non è sempre possibile. L’effetto è già stato studiato in passato, ma solo in epoche molto più lontane della storia dell’universo.

Il passo successivo è quindi quello di cercare firme che non richiedano un’alta risoluzione e che siano correlate con la “vera” massa stellare.

Anche altri studi condotti in epoche molto più lontane hanno riscontrato questa discrepanza. Se riusciamo a determinare quanto sia comune e grave l’effetto in epoche precedenti e a quantificarlo, saremo più vicini a dedurre masse stellari robuste di galassie lontane, che è una delle principali sfide attuali dello studio delle galassie nell’universo primordiale

Conclude la dottoressa

Lo studio è stato appena pubblicato su The Astrophysical Journal.