Il caso più sorprendente delle tre galassie luminose analizzate con NIRSpec del James Webb non è la luminosità ma le impronte di ossigeno, silicio e carbonio nel gas

Lo spettrografo NIRSpec del telescopio spaziale James Webb ha rilevato impronte di ossigeno, silicio e carbonio nel gas associato a tre galassie distanti, osservate a redshift compreso tra 7.2 e 9.3.

Le galassie erano osservabili perché luminose e la luce delle loro stelle ha attraversato il gas prima di raggiungere la Terra, imprimendo nello spettro una serie di righe di assorbimento. I risultati provengono dal gruppo guidato da Yongda Zhu della University of Arizona e sono stati pubblicati su Nature Astronomy. Le osservazioni indicano che il gas conteneva elementi più pesanti dell’elio quando l’universo aveva tra circa 500 e 750 milioni di anni.

Osservazioni con James Webb a redshift 7.2-9.3

Le tre galassie analizzate presentano redshift tra 7.2 e 9.3, valori che collocano le osservazioni nelle prime centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang. Lo studio specifica che le galassie erano selezionate per la loro luminosità, condizione necessaria per misurare le deboli righe di assorbimento nel vicino infrarosso. Gli autori avvertono che tre oggetti non bastano per generalizzare, ma la presenza di metalli in questi casi porta indietro la cronologia dell’arricchimento chimico. La visualizzazione artistica allegata al lavoro si basa sui dati pubblici delle simulazioni cosmologiche FIRE-2, citate dagli autori.

Righe di assorbimento rilevate con NIRSpec

La luce delle stelle ha attraversato il gas e atomi e ioni hanno assorbito lunghezze d’onda precise, lasciando righe scure nello spettro misurato con NIRSpec. In queste righe gli autori hanno riconosciuto stati di ionizzazione di ossigeno, silicio e carbonio. Le righe forniscono sia la composizione chimica sia informazioni sul moto del gas, perché lo spostamento delle linee rispetto alla velocità della galassia indica movimento relativo.

Gas in uscita a 50-250 km/s

Molte delle righe risultano spostate verso il blu, segno che il gas che le produce si muove verso l’osservatore rispetto alla galassia. Le velocità misurate sono comprese tra circa 50 e 250 chilometri al secondo, compatibili con materiale in uscita dalla galassia sul lato rivolto verso di noi. Il gas è presente in diversi stati di ionizzazione, ma le fasi sembrano muoversi insieme, comportamento coerente con un meccanismo di espulsione collettiva.

Gli autori citano possibili processi responsabili: la radiazione stellare, i venti stellari e le esplosioni di supernova, che insieme vengono indicati come feedback stellare. Le osservazioni non permettono per di individuare quale di questi processi prevalga o se agiscano congiuntamente. Il fenomeno rappresenta un esempio precoce della redistribuzione di metalli e gas nell’ambiente circostante, elemento del ciclo barionico che regola la formazione stellare e l’arricchimento chimico.

Se carbonio, ossigeno e silicio erano già presenti, le stelle responsabili devono essersi formate e evolute prima di quei 500-750 milioni di anni. Gli autori discutono i possibili produttori: le stelle di Popolazione III, nate da gas privo di metalli, e la generazione successiva, la Popolazione II, che potrebbe aver prodotto rapidamente gli elementi osservati grazie a stelle molto massicce. Lo studio citato è: “Early metal-enriched baryon cycling before the midpoint of cosmic reionization”, di Yongda Zhu et al., Nature Astronomy.