Una delle abilità di JWST è il potere di guardare indietro nel tempo all’universo primordiale e vedere alcune delle prime galassie e stelle. Il telescopio, lanciato il giorno di Natale del 2021 e che ora si trova a 1,5 milioni di chilometri dalla Terra, ha già individuato la più lontana e antica galassia conosciuta.

L’immagine mostra migliaia di galassie in una porzione di cielo delle dimensioni di una puntina, alcune ingrandite quando la loro luce si piegava attorno a un ammasso centrale di galassie.

L’alba del tempo

Due team hanno trovato la galassia quando hanno analizzato separatamente le osservazioni JWST per l’indagine GLASS, uno degli oltre 200 programmi scientifici previsti per il primo anno del telescopio nello spazio. Entrambi i team, uno guidato da Rohan Naidu presso l’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Massachusetts e l’altro da Marco Castellanoall’Osservatorio Astronomico di Roma, ha individuato nei dati due galassie particolarmente remote: una così lontana che JWST rileva la luce emessa 400 milioni di anni dopo il Big Bang (un legame con la galassia più antica mai vista dal telescopio spaziale Hubble), e l’altro, soprannominato GLASS-z13, visto come appariva 300 milioni di anni dopo il Big Bang. “Sarebbe la galassia più lontana mai trovata”, ha detto Castellano.

Entrambe le galassie sembrano estremamente piccole, forse 100 volte più piccole della Via Lattea, eppure mostrano tassi di formazione stellari sorprendenti e contengono già 1 miliardo di volte la massa del nostro Sole, più del previsto per galassie così giovani. Una delle giovani galassie mostra persino prove di una struttura simile a un disco. Saranno fatti ulteriori studi per spezzare la loro luce per spigolarne le caratteristiche.

Un altro programma ha anche fatto emergere “galassie incredibilmente lontane”, ha affermato Rebecca Larson , un’astronoma dell’Università del Texas, Austin e membro del sondaggio Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS). A poche settimane dall’inizio del sondaggio, il team ha raccolto una manciata di galassie dei primi 500 milioni di anni dell’universo, sebbene Larson e i suoi colleghi non abbiano ancora rilasciato i loro risultati esatti. “È meglio di quanto immaginassi ed è solo l’inizio”, ha detto.

La prima immagine pubblica del telescopio mostra un ammasso di galassie chiamato SMACS 0723, che è così pesante da deformare e ingrandire la luce delle galassie lontane al di là di esso.

Altre prime galassie si nascondono nell’immagine dell’ammasso di galassie presentata dal presidente Biden e studiata da Pascale e Mahler. Chiamato SMACS 0723 , l’ammasso è così pesante da piegare la luce di oggetti più distanti, rendendoli visibili. Pascale e Mahler hanno trovato fino a 16 galassie remote che sono state ingrandite nell’immagine; la loro età esatta non è ancora nota.

Il telescopio ha esaminato più da vicino una galassia lontana nell’immagine, una macchia di luce che risale a 700 milioni di anni dopo il Big Bang. Con il suo spettrografo, JWST ha rilevato elementi pesanti, in particolare ossigeno, nella galassia. Ora gli scienziati sperano che il telescopio trovi un’assenza di elementi pesanti anche nelle galassie precedenti: la prova che queste galassie contengono solo stelle di Popolazione III , le prime stelle ipotizzate nell’universo, ritenute mostruosamente enormi e composte interamente da idrogeno ed elio. (Solo quando queste stelle sono esplose hanno forgiato elementi più pesanti come l’ossigeno e li hanno vomitati nel cosmo.)

“Stiamo cercando galassie in cui non vediamo elementi pesanti”, ha affermato Andy Bunker, astrofisico dell’Università di Oxford. “Potrebbe essere una pistola fumante per la prima generazione di stelle formate da idrogeno ed elio primordiali. In teoria dovrebbero esistere. Dipende se sono abbastanza brillanti”.

Uno sguardo su stelle e pianeti

Anche obiettivi più piccoli sono nel mirino di JWST, compresi i pianeti del nostro sistema solare. Giove è apparso in modo magnifico come parte della prima serie di immagini, catturate in un’esposizione della durata di soli 75 secondi.

Gli astronomi sanno che l’atmosfera superiore di Giove è centinaia di gradi più calda dell’atmosfera inferiore, ma non sono sicuri del perché. Rilevando la luce infrarossa, JWST potrebbe vedere brillare l’atmosfera superiore riscaldata; appare come un anello rosso attorno al pianeta. “Abbiamo questo strato a poche centinaia di chilometri sopra i ponti nuvolosi, ed è luminoso perché fa caldo”, ha detto Henrik Melin, uno scienziato planetario dell’Università di Leicester. “Non l’abbiamo mai visto così prima su scala globale. È una cosa straordinaria da vedere”.

Il programma di Melin prevede di utilizzare JWST nelle prossime settimane per studiare la forza trainante dietro questo riscaldamento atmosferico.

Nascosto nell’immagine di Giove di JWST c’è la luna vulcanica Io che interagisce con l’aurora di Giove, creando una piccola protuberanza nell’aurora. L’immagine rivela “materiale proveniente da Io che scorre lungo le linee del campo magnetico”, ha affermato Melin. L’effetto è già stato visto in precedenza , ma è stato facilmente individuato da JWST con a malapena uno sguardo al pianeta.

JWST sta sondando pianeti anche in altri sistemi stellari. Il telescopio ha già dato un’occhiata al famoso sistema TRAPPIST-1, una stella nana rossa con sette mondi delle dimensioni della Terra (alcuni potenzialmente abitabili), anche se i dati sono ancora in fase di analisi. Le prime osservazioni sono state rilasciate su un pianeta meno ospitale, un “giove caldo” chiamato WASP-96 b, in un’orbita stretta di 3,4 giorni attorno alla sua stella.

JWST ha trovato vapore acqueo nell’atmosfera del pianeta, confermando le prove dell’acqua riportate giorni prima da Chima McGruder dell’Harvard-Smithsonian Center e colleghi, che hanno utilizzato un telescopio terrestre. Ma JWST può andare oltre; osservando il rapporto tra carbonio e ossigeno di WASP-96 b, potrebbe essere in grado di risolvere un mistero confuso sui gioviani caldi: come raggiungono orbite così vicine attorno alle loro stelle. Più ossigeno suggerirebbe che il gigante gassoso si sia inizialmente formato vicino alla stella, mentre un rapporto di carbonio più elevato suggerirebbe che si sia formato in regioni più ricche di carbonio più lontane.

Nel frattempo, JWST potrebbe aver individuato una luce temporanea nel cielo – un evento di breve durata noto come transitorio – cosa che inizialmente non era stato progettato per fare. L’astronomo Mike Engesser e colleghi dello Space Telescope Science Institute di Baltimora, nel Maryland (il centro operativo di JWST), hanno notato un oggetto luminoso non visibile nelle immagini di Hubble della stessa regione. Pensano che sia una supernova, o una stella che esplode, a circa 3 miliardi di anni luce di distanza, una prova che il telescopio può trovare questi eventi.

JWST dovrebbe essere in grado di trovare anche supernove molto più lontane, il che gli darà un altro modo per fungere da sonda dell’universo primordiale. Potrebbe anche scoprire che le stelle vengono fatte a pezzi dai buchi neri supermassicci che risiedono al centro delle galassie, qualcosa che nessun telescopio precedente ha visto. “Per la prima volta saremo in grado di scrutare in queste regioni oscure molto profonde”, ha affermato Ori Fox , astronomo dello Space Telescope Science Institute che guida il team che studia i transitori.

I transitori, come altri fenomeni astronomici, sono destinati a essere ridefiniti. Dopo decenni di pianificazione e costruzione, JWST è salito alle stelle. Il problema ora sta tenendo il passo con la raffica costante di scienza che scende da una macchina così complessa ma impeccabile che quasi sfida la credenza che sia stata costruita da cervelli umani. “Funziona ed è pazzesco”, ha detto Larson.

*Jonathan O’Callaghan/Quanta Magazine