Un oggetto rosso brillante nell’Universo primordiale è stato identificato come la galassia più distante scoperta fino ad oggi. secondo gli astronomi si tratta di una galassia che già esisteva solo 330 milioni di anni dopo il Big Bang. La sua debole luce, allungata dall’espansione dell’Universo, ha dovuto viaggiare per 13,5 miliardi di anni luce per raggiungerci, qui sulla Terra.
Gli scopritori hanno chiamato la galassia HD1 e rappresenta una sorta di mistero. Gli scienziati non sono del tutto sicuri di cosa sia: se si tratti di una galassia starburst, con una grande attività di formazione stellare in corso, o di un quasar, con un enorme buco nero supermassiccio attivo al centro.
Se fosse vera quest’ultima ipotesi, la crescita del buco nero fino a raggiungere dimensioni supermassicce così presto dopo la nascita dell’Universo rappresenta una sfida per i modelli di formazione ed evoluzione dei buchi neri. “Rispondere a domande sulla natura di una sorgente così lontana può essere difficile“, afferma l’astrofisico Fabio Pacucci dell’Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics.
“È come indovinare la nazionalità di una nave dalla bandiera che sventola, mentre si è lontani dalla riva, con la nave in mezzo a una burrasca e una fitta nebbia. Si possono forse vedere alcuni colori e forme della bandiera, ma non nella loro interezza. In definitiva è un lungo gioco di analisi ed esclusione di scenari non plausibili“.
Rilevare oggetti dall’Universo primordiale è estremamente difficile. Anche i quasar, gli oggetti più luminosi dell’intero cosmo, sono oscurati nelle vaste distese dello spazio-tempo, al punto che i nostri telescopi più potenti faticano a captare la loro luce.
La galassia HD1 è stato scoperta come parte di un’indagine per scoprire le galassie all’inizio dell’Universo, i cui risultati sono dettagliati in un articolo accettato per la pubblicazione su The Astrophysical Journal e disponibile anche su arXiv. Un’analisi di HD1 e di una seconda galassia chiamata HD2, quasi altrettanto distante, è stata accettata su Monthly advices of Royal Astronomical Society, ed anch’essa è disponibile su arXiv.
L’indagine ha impiegato quattro potenti telescopi ottici e infrarossi: il telescopio Subaru, il telescopio VISTA, il telescopio a infrarossi del Regno Unito e il telescopio spaziale Spitzer. Insieme, hanno accumulato oltre 1.200 ore di tempo di osservazione, scrutando l’Alba Cosmica per cercare la luce nell’Universo primordiale.
“È stato un lavoro molto duro trovare l’HD1 tra più di 700.000 oggetti”, afferma l’astronomo Yuichi Harikane dell’Università di Tokyo. “Il colore rosso di HD1 corrispondeva sorprendentemente bene alle caratteristiche attese di una galassia a 13,5 miliardi di anni luce di distanza, dandomi un po’ di pelle d’oca quando l’ho individuata“.
Il colore rosso è noto come spostamento verso il rosso e si verifica quando una fonte di luce si allontana da noi. Ciò fa sì che la lunghezza d’onda della luce proveniente da quella sorgente aumenti verso l’estremità più rossa dello spettro elettromagnetico, motivo per cui si chiama redshifting.
Poiché l’Universo si sta espandendo, le galassie sembrano spostarsi verso il rosso; maggiore è la distanza nello spazio-tempo, maggiore è il redshift. Questo effetto consente agli astronomi di calcolare la distanza percorsa dalla luce per raggiungerci.
Ma la luce di HD1 è confusa. È estremamente luminosa nelle lunghezze d’onda dell’ultravioletto, il che suggerisce che all’interno della galassia avvenga un processo molto energetico. All’inizio, i ricercatori pensavano che si trattasse di una normale attività di formazione stellare, fino a quando non hanno calcolato il numero di stelle che avrebbero dovuto formarsi per produrre così tanta luce.
Il numero era incredibilmente alto, oltre 100 stelle all’anno. Questo è 10 volte più alto del previsto per una galassia nell’Universo primordiale. Questo problema, però, non sussisterebbe se la nascita stellare dell’epoca risultasse diversa da quella delle stelle che vediamo nascere oggi.
“La prima popolazione di stelle che si è formata nell’Universo era più massiccia, più luminosa e più calda delle stelle moderne“, afferma Pacucci. “Se assumiamo che le stelle prodotte in HD1 siano queste prime, o le stelle di Popolazione III, le sue proprietà potrebbero essere spiegate più facilmente. In effetti, le stelle di Popolazione III sono in grado di produrre più luce UV rispetto alle stelle normali, il che potrebbe chiarire l’estrema luminosità ultravioletta di HD1“.
L’altra opzione è che la galassia sia un quasar.
Quasar è l’abbreviazione di “sorgenti radio quasi stellari” – il risultato incredibilmente luminoso di un nucleo galattico attivo, con un buco nero supermassiccio che divora materiale a una velocità tale che il calore genera bagliori di luce visibili in tutto l’Universo. Per produrre la luce osservata, il buco nero supermassiccio dovrebbe essere circa 100 milioni di volte la massa del Sole, ha calcolato il team.
Si tratta di una dimensione che sfida seriamente i modelli di crescita dei buchi neri supermassicci. “Formatosi poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang, un buco nero in HD1 deve essere cresciuto da un enorme seme a una velocità senza precedenti“, afferma l’astrofisico Avi Loeb dell’Harvard and Smithsonian Center for Astrophysics.
“Ancora una volta, la natura sembra essere più fantasiosa di noi“.
Il team spera che le future osservazioni con il James Webb Space Telescope, una macchina ottimizzata per scrutare nell’Universo primordiale, riveleranno la natura di questa misteriosa luce proveniente dall’alba del tempo.
