Gli astronomi hanno scoperto che alcune delle più grandi galassie nell'universo primordiale nascondevano segretamente un mucchio di stelle piccole, rendendole potenzialmente quattro volte più massive di quanto pensassimo in precedenza. È come scoprire che la modesta casa di campagna del tuo vicino ha una segreta magione sotterranea.
Il team internazionale, che include ricercatori della Penn State, ha pubblicato i suoi risultati su Nature Astronomy, aggiungendo un altro mal di testa per gli scienziati che cercano di capire come si sono formate ed evolute le prime galassie.
Usando il telescopio spaziale James Webb della NASA (JWST), i ricercatori hanno esaminato nove galassie massive e mature che hanno smesso di formare nuove stelle miliardi di anni fa. Hanno combinato le osservazioni di JWST dell'universo distante con i dati precedenti da terra del Very Large Telescope - perché usare un potente telescopio quando se ne possono usare due?
Per la prima volta, sono riusciti a stimare in modo affidabile i numeri relativi di stelle piccole e deboli e di stelle più grandi e brillanti in galassie a distanze così sbalorditive.
"Queste galassie sono diverse," ha detto Joel Leja, professore associato di astronomia e astrofisica alla Penn State e coautore dell'articolo. "Sono diverse in un modo che è davvero difficile da capire, perché sono più massive di quanto ci aspettassimo - come molto più massive, hanno tre o quattro volte più massa di quanto ci aspettassimo." In altre parole, l'universo continua a sorprenderci, e non sempre in senso positivo.
Gli astronomi hanno separato la luce di ogni galassia in uno spettro, cercando piccole variazioni di colore che rivelano quali tipi di stelle sono presenti. Il problema: le stelle grandi e brillanti rubano la scena, mentre le stelle più piccole sono timide e difficili da individuare. I ricercatori della Penn State hanno fornito competenze e guida per modellare la luce di questi sistemi galattici.
"Se una galassia fosse una città, le stelle più brillanti sarebbero i grattacieli che catturano immediatamente l'occhio da lontano," ha detto l'autrice principale Chloe Cheng, una recente dottoressa di ricerca dell'Università di Leiden. "I nostri modelli dimostrano che una popolazione molto più numerosa di stelle di massa ridotta è nascosta da quelle rare stelle brillanti, come case nascoste tra i grattacieli. Di conseguenza, questa galassia risulta essere molto più massiccia di quanto le stime precedenti suggerissero." Quindi, fondamentalmente, l'universo è pieno di periferie cosmiche.
Tradizionalmente, gli astronomi assumevano che le stelle si formassero in proporzioni approssimativamente simili in tutto l'universo, ma questi risultati mettono in discussione questa assunzione di lunga data. Le galassie più massive nell'universo primordiale sembrano essere piene di più stelle di massa ridotta rispetto a galassie più piccole come la nostra Via Lattea.
Una galassia si è distinta, secondo la coautrice Martje Slob, dottoranda all'Università di Leiden. Probabilmente si è formata meno di un miliardo e mezzo di anni dopo il Big Bang e potrebbe essere fino a quattro volte più massiccia di quanto calcolato in precedenza.
"Fino a poco tempo fa, misurazioni come queste erano semplicemente impossibili," ha detto Slob. "Avevamo bisogno non solo di un telescopio capace di ingrandire galassie molto distanti, ma anche di spettri di qualità eccezionale e di nuove tecniche di analisi per rilevare in modo affidabile le sottili firme delle stelle deboli e di massa ridotta nascoste all'interno di questi titani cosmici." Perché a quanto pare, alle galassie più grandi dell'universo piace giocare a nascondino.
Questi risultati hanno implicazioni importanti per capire come le galassie si sono sviluppate nell'universo giovane. Da quando JWST ha iniziato a osservare, gli astronomi hanno ripetutamente trovato galassie sorprendentemente massive e mature che esistevano subito dopo il Big Bang, mettendo pressione sui modelli esistenti di formazione delle galassie.
"Questa scoperta ha implicazioni cruciali per la nostra comprensione dell'universo primordiale," ha detto Leja, che è anche affiliato al Penn State Institute for Computational and Data Sciences. "Dal lancio di JWST, gli astronomi hanno trovato galassie sorprendentemente massive e mature che esistevano già poco dopo il Big Bang. Si pensa che queste galassie molto precoci si evolvano nel tipo di galassie studiate"