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Le immagini del James Webb Space Telescope sfidano le teorie sull’evoluzione dell’universo

Le immagini del James Webb Space Telescope sfidano le teorie sull’evoluzione dell’universo

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Immagini di sei galassie massicce candidate, viste 500-800 milioni di anni dopo il Big Bang. Credito: NASA/ESA/CSA/I.Lab

Il James Webb Space Telescope (JWST) sembra trovare più galassie che sono diventate molto grandi subito dopo il Big Bang, se si deve credere al Modello Standard della cosmologia.

In uno studio pubblicato in astronomia naturaleMike Boylan-Kolchin, professore associato di astronomia presso l’Università del Texas ad Austin, ha scoperto che sei delle galassie candidate più antiche e più grandi individuate finora da JWST contraddicono il pensiero dominante in cosmologia.

Questo perché altri ricercatori stimano che ogni galassia sia stata vista tra 500 e 700 milioni di anni dopo il Big Bang, eppure misura più di 10 miliardi di volte la massa del nostro Sole. Una delle galassie sembra essere più massiccia della Via Lattea, anche se la nostra galassia ha avuto miliardi di anni per formarsi e crescere.

“Se i fan hanno ragione, siamo in un territorio inesplorato”, ha detto Boylan-Kolchin. “Chiederemmo qualcosa di molto nuovo sulla formazione delle galassie o una modifica della cosmologia. Una delle possibilità più estreme è che l’universo si stesse espandendo più velocemente subito dopo il Big Bang di quanto ci aspettiamo, il che richiederebbe nuove forze e particelle”.

Affinché le galassie si formino così rapidamente a queste dimensioni, devono anche convertire quasi il 100% del loro gas disponibile in stelle.

“Di solito non vediamo più del 10% del gas trasformarsi in stelle”, ha detto Boylan-Kolchin. “Quindi, mentre la conversione del 100% di gas in stelle è tecnicamente al limite di ciò che è teoricamente possibile, ci vuole davvero qualcosa di molto diverso da quello che ci aspettiamo”.

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Nonostante tutta la feroce eccitazione che genera, JWST ha presentato agli astronomi un dilemma inquietante. Se le masse e il tempo trascorso dal Big Bang di queste galassie saranno confermati, potrebbero essere necessari cambiamenti fondamentali al modello dominante della cosmologia, il cosiddetto modello di energia oscura + materia oscura fredda (ΛCDM), che ha guidato la cosmologia dalla fine degli anni ’90. essere fatto.

Sulla base del Modello standard della cosmologia, gli astronomi prevedono la frazione di atomi nell’universo (asse verticale) trovata nelle galassie di una certa massa stellare o superiore (asse orizzontale). In questo studio, tre galassie candidate (indicate dallo scattering a punto singolo) sembrano utilizzare una frazione molto più grande degli atomi disponibili per le stelle di quanto ci si aspetterebbe. Invece di circa il 10% come al solito (arco blu), i dati indicano che queste galassie candidate hanno convertito il 100% degli atomi disponibili in stelle. Credito: Mike Boylan-Kolchin/Università del Texas ad Austin

Se ci sono altri modi più veloci per formare le galassie rispetto a quelli consentiti da ΛCDM, o se ci sono più materiali già disponibili per formare stelle e galassie nell’universo primordiale di quanto si pensasse in precedenza, allora gli astronomi dovranno cambiare il loro pensiero tradizionale.

I tempi e le masse delle sei galassie sono stime preliminari e dovranno essere confermate dal follow-up con la spettroscopia, un metodo che divide la luce in uno spettro e analizza la luminosità dei diversi colori. Una tale analisi suggerirebbe che i buchi neri supermassicci centrali, che possono riscaldare il gas circostante, potrebbero rendere le galassie più luminose in modo che appaiano più massicce di quanto non siano in realtà.

O forse le galassie sono state effettivamente viste molto più tardi di quanto inizialmente stimato a causa della polvere che ha fatto diventare rossa la luce della galassia, dando l’illusione che saresti distante anni luce e quindi indietro nel tempo.

I dati della galassia provenivano da Indagine scientifica sulla prima pubblicazione dell’evoluzione cosmica (CEERS), un’iniziativa JWST multi-istituzionale guidata dall’astronomo dell’UT Austin Steven Finkelstein.

Un progetto JWST collaborativo in corso, COSMOS-Web, co-guidato da Caitlin Casey presso UT Austin, potrebbe essere coinvolto nell’analisi spettrale e far luce sui risultati per aiutare a risolvere il dilemma. COSMOS-Web copre un’area quasi 50 volte più grande di CEERS e dovrebbe scoprire migliaia di galassie.

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“Sarebbe l’ideale per scoprire le galassie più rare e massicce nei primi tempi, il che ci direbbe come le più grandi galassie e buchi neri nell’universo primordiale siano sorti così rapidamente”, ha detto Boylan-Kolchin.

Il rilevamento iniziale e le stime delle masse e degli spostamenti verso il rosso delle sei galassie candidate sono state pubblicate in natura a febbraio da un team guidato dalla Swinburne University of Technology in Australia.

maggiori informazioni:
Michael Boylan-Kolchin, ΛCDM stress test con galassie candidate ad alto redshift, astronomia naturale (2023). DOI: 10.1038/s41550-023-01937-7. www.nature.com/articles/s41550-023-01937-7

Informazioni sulla rivista:
astronomia naturale


natura