Una nuova galassia si contende il titolo di oggetto più distante mai osservato

Gli scienziati continuano da anni a rifinire le loro tecniche per osservare oggetti sempre più lontani: verso la fine di settembre una nuova galassia si era aggiudicata il titolo di oggetto celeste più lontano mai osservato, e soli cinque giorni dopo veniva pubblicata l'immagine dell'Universo più profonda mai ottenuta. Ora, un nuova, lontanissima galassia è stata scoperta, unendo gli occhi dei telescopi spaziali Hubble e Spitzer e usando un "trucco cosmico" per ingrandire la galassia.

La galassia è stata classificata come MACS0647-JD e la sua luce ha viaggiato per 13,3 miliardi di anni prima di raggiungere il nostro pianeta. Ciò significa che stiamo facendo un viaggio indietro nel tempo fino a quando l'Universo aveva 420 milioni di anni – ossia appena il 3% della sua età attuale.

Gli scienziati credono che la galassia sia ancora ai primissimi stadi della sua formazione. «Questo oggetto potrebbe essere solamente uno di molti mattonicini da costruzione di una galassia» ha commentato Dan Coe dello Space Telescope Science Institute. «Nei prossimi 13 miliardi di anni, potrebbe fondersi dozzine, centinaia o perfino migliaia di volte con altre galassie e frammenti di galassie».

La scoperta fa parte del programma noto come Cluster Lensing and Supernova Survey (CLASH), una campagna osservativa che usa Hubble per fotografare galassie lontanissime con l'aiuto dello "zoom naturale" fornito dal fenomeno delle lenti gravitazionali. L'occhio infrarosso di Spitzer ha poi confermato l'effettiva presenza dell'oggetto, confermando inoltre la sua natura.

La luce proveniente da MACS0647-JD è stata ingrandita da un massiccio ammasso galattico noto come MACS J0647+7015, senza il quale la galassia non sarebbe stata visibile.

«Questo ammasso fa ciò che nessun telescopio costruito dall'uomo può fare» ha commentato Marc Postman, sempre dell'STScl. «Senza l'ingrandimento, avremmo dovuto compiere una delle fatiche di Ercole per osservare questa galassia».

MACS0647-JD è molto più piccola della nostra galassia, e proprio per questo gli astronomi credono che sia ancora ai primi stadi di evoluzione. Il suo diametro è di circa 600 anni luce. Gli astronomi hanno calcolato che una galassia qualsiasi coetanea di MACS0647-JD dovrebbe avere un diametro 2 mila anni luce. La Grande Nube di Magellano, una galassia nana satellite della nostra Via Lattea, ha un diametro di 14 mila anni luce, mentre la nostra galassia si estende per un'impressionante cifra di 150 mila anni luce.

La galassia è stata osservata attraverso 17 filtri compresi tra le lunghezze d'onda del vicino ultravioletto e quelle del vicino infrarosso. L'immagine finale è stata scattata dalle fotocamere WFC3 e ACS a bordo di Hubble. 

La galassia era stata scoperta da Coe a Febbraio, mentre egli stava studiando un catalogo di oltre mille oggetti sottoposti a fenomeni di lente gravitazionale causati da 17 ammassi studiati da CLASH. Il problema era che la galassia risultava visibile solamente ai due filtri rossi.

«Le alternative erano due: o MACS0647-JD è un oggetto molto rosso, che brilla solamente alle lunghezze d'onda rosse, oppure è talmente lontano che la sua luce è stata soggetta al redshift, oppure una combinazione tra le due» ha commentato Coe. «Abbiamo considerato un'ampia gamma di possibilità».

Il redshift è il fenomeno per cui le lunghezze d'onda di un oggetto che emette luce visibile e ultravioletta vengono allungate in onde di raggi infrarossi. Questo "appiattimento" delle onde è causato dall'espansione dell'Universo, che tira le onde stesse e, appunto, le appiattisce. Naturalmente, più lontano un oggetto si trova, più la sua luce sarà soggetta al redshift. Per questo, misurare il redshift di un oggetto significa anche misurare la sua distanza. Il redshift di MACS0647-JD è pari a circa 11, il più alto mai registrato.

La luce proveniente da MACS0647-JD e altre 7 galassie vicine è stata scomposta in più parti dall'ammasso, e per questo sono visibili diverse galassie che in realtà corrispondono ad un'unica galassia. La posizione di queste galassie ha aiutato gli scienziati a ricreare una mappa della massa dell'ammasso (scusate il gioco di parole), che è principalmente composto da materia oscura. La materia oscura è una forma invisibile della materia che occupa, assieme all'energia oscura, la stragrande maggioranza dell'Universo.

«E' come un enorme puzzle» continua Coe. «Dobbiamo distribuire la massa dell'ammasso in modo che sparpagli la luce di ogni galassia nelle posizioni che osserviamo».

Coe e il suo team hanno passato mesi interi a studiare questo ammasso, e alla fine hanno trovato tre diverse sorgenti di luce che in realtà sono un'unica galassia, MACS0647-JD. Queste tre riproduzioni "virtuali" della galassia hanno luminosità diverse, rispettivamente 2, 7 e 8 volte più del normale.

Il passo successivo per il team di Coe è stato quello di identificare la natura dell'oggetto. Scartate stelle, nane brune e galassie intermedie, si sono accorti che doveva trattarsi per forza di un'antichissima isola di stelle.

Il metodo più usato per stabilire la distanza di un oggetto è la spettroscopia, che consiste nel dividere la luce dell'oggetto in migliaia di colori. Tuttavia, MACS0647-JD è talmente lontana che tale metodo risulterebbe inutile e gravemente impreciso. Nonostante ciò, Coe afferma con decisione che si tratta di un nuovo record di distanza.

«Tutte e tre le immagini della galassia combaciano quasi perfettamente e sono nelle posizioni che ti immagineresti per una galassia remota guardando ai calcoli dei nostri migliori modelli di lente gravitazionale di questo ammasso» commenta Coe.

Il progetto CLASH aveva precedentemente scoperto una galassia lontanissima, sorta quando l'Universo aveva 490 milioni di anni – ossia 70 milioni di anni dopo questa nuova galassia. Il progetto ha il compito di analizzare 25 ammassi galattici che fungono da lenti gravitazionali. Per ora, gli astronomi ne hanno analizzati 20.

La scoperta di galassie nane come questa potrebbe fornici indizi sulla reionizzazione, un processo avvenuto nel giovane Universo e che ha fatto evaporare via la coperta di idrogeno che rendeva lo spazio opaco – in sostanza, la luce veniva emessa ma non andava da nessuna parte.