Una galassia individuata appena 330 milioni di anni dopo il Big Bang è stata implicata nel portare luce all’oscurità soffocante dell’Universo primordiale. Si chiama JADES-GS-z13-1, e un’analisi della luce molto debole che ha inviato da oltre 13,4 miliardi di anni fa rivela che ha giocato un ruolo nell’Epoca della Reionizzazione – il processo di un miliardo di anni che ha eliminato la nebbia opaca che riempiva l’Universo primordiale, permettendo alla luce di fluire liberamente. Questa epoca della storia dell’Universo è davvero difficile da osservare, rendendo i meccanismi dietro di essa un mistero. JADES-GS-z13-1 letteralmente getta luce su un’era di oscurità cosmica. Il risultato è un’emissione caratteristica chiamata Lyman-alpha, emessa dall’idrogeno mentre cambia stato energetico e può essere vista solo una volta che la reionizzazione ha avuto luogo. Basta dare un’occhiata a quel picco di Lyman-alpha!
“L’Universo primordiale era immerso in una fitta nebbia di idrogeno neutro,” dice l’astrofisico Roberto Maiolino dell’Università di Cambridge e University College London nel Regno Unito. “La maggior parte di questa foschia è stata sollevata in un processo chiamato reionizzazione, che è stato completato circa un miliardo di anni dopo il Big Bang. GS-z13-1 è visto quando l’Universo aveva solo 330 milioni di anni, eppure mostra una sorprendente e chiara firma di emissione Lyman-alpha che può essere vista solo una volta che la nebbia circostante si è completamente sollevata. Questo risultato è stato totalmente inaspettato dalle teorie sulla formazione delle galassie primordiali e ha sorpreso gli astronomi.”
Ecco come va la storia. All’inizio dell’Universo come lo conosciamo, pochi minuti dopo il Big Bang, lo spazio era riempito da una calda e densa nebbia di plasma costituita da piccoli nuclei atomici ed elettroni liberi. La poca luce che c’era non avrebbe penetrato questa nebbia; i fotoni si sarebbero semplicemente dispersi sugli elettroni fluttuanti, rendendo di fatto l’Universo oscuro. Dopo circa 300.000 anni, mentre l’Universo si raffreddava, protoni ed elettroni cominciarono a unirsi per formare gas di idrogeno neutro (e un po’ di elio). La maggior parte delle lunghezze d’onda della luce poteva penetrare questo mezzo neutro, ma c’era poca luce per produrlo. Ma da questo idrogeno ed elio nacquero le prime stelle e galassie.
Quelle prime fonti di luce emettevano radiazioni potenti che strappavano elettroni dall’idrogeno neutro, riportandolo a uno stato ionizzato. A questo punto, tuttavia, l’Universo si era espanso così tanto che il gas era esponenzialmente più diffuso, permettendo alla luce di passare più facilmente e iniziare il suo lungo viaggio attraverso le distese del tempo e dello spazio. Circa un miliardo di anni dopo il Big Bang, seguendo il periodo noto come l’Alba Cosmica, l’Universo era trasparente, come lo vediamo oggi. Et voilà! Le luci erano accese.
Il problema con JADES-GS-z13-1 è che, anche se sta partecipando alla reionizzazione, non dovremmo comunque essere in grado di vederla. Lo spazio immediatamente intorno alla galassia sarebbe ionizzato, creando una bolla di chiarezza di circa 650.000 anni luce di diametro al momento in cui la vediamo; ma la nebbia dovrebbe ancora avvolgere questa piccola cavità di brillantezza che la galassia ha scavato nello spazio-tempo.
“Non avremmo davvero dovuto trovare una galassia come questa, data la nostra comprensione di come l’Universo si è evoluto,” dice l’astronomo Kevin Hainline dell’Università dell’Arizona negli Stati Uniti. “Potremmo pensare all’Universo primordiale come avvolto in una fitta nebbia che renderebbe estremamente difficile trovare anche potenti fari che sbirciano attraverso, eppure qui vediamo il raggio di luce di questa galassia che perfora il velo. Questa affascinante linea di emissione ha enormi implicazioni per come e quando l’Universo si è reionizzato.”
Pensavamo di avere una buona comprensione della cronologia e del processo di reionizzazione. JADES-GS-z13-1 sconvolge tutto. Una possibile spiegazione è che un buco nero in rapida alimentazione sia responsabile, causando il riscaldamento del materiale intorno a esso e brillando di luce. Un’altra spiegazione per la luminosità di Lyman-alpha potrebbe essere un gran numero di stelle davvero massicce e calde, tra 100 e 300 volte la massa del Sole. Entrambe le prospettive sono intriganti, poiché ciascuna offre una finestra diversa sull’infanzia dell’Universo; ma, a questo punto, nessuna può essere confermata. Sono previste future osservazioni della strana galassia per aiutare gli astronomi a saperne di più. Una cosa che sta diventando chiara, come lo spazio intorno a JADES-GS-z13-1: più impariamo sull’Universo primordiale, più diventa confuso.
“Sulle orme del Telescopio Spaziale Hubble, era chiaro che Webb sarebbe stato in grado di trovare galassie sempre più distanti,” spiega l’astronomo Peter Jakobsen dell’Università di Copenaghen in Danimarca. “Come dimostrato dal caso di GS-z13-1, tuttavia, sarebbe sempre stata una sorpresa ciò che avrebbe potuto rivelare sulla natura delle stelle nascenti e dei buchi neri che si sono formati all’alba del tempo cosmico.” La ricerca è stata pubblicata su Nature.