Astronomi Scoprono un 'Baby Cluster' di Galassie che Potrebbe Sfidare i Modelli Cosmici

Stati Uniti - Agenzia stampa Ekhbary

Astronomii Scoprono un Inatteso "Baby Cluster" di Galassie nell'Universo Primordiale

In una scoperta celestiale che potrebbe rimodellare la nostra comprensione dell'evoluzione dell'universo primordiale, gli astronomi hanno recentemente identificato quello che sembra essere un "baby cluster" di galassie – una raccolta di oltre 66 giovani galassie situate in una regione eccezionalmente distante dello spazio. Denominato JADES-ID1, questo protocluster risale a circa un miliardo di anni dopo il Big Bang, un periodo straordinariamente precoce nella storia cosmica. Ciò che è particolarmente sorprendente è che questo cluster, pur essendo in fase di "crescita", appare più maturo e sviluppato di quanto i modelli cosmologici attuali prevedano per un'epoca così remota. Ciò lo rende un candidato principale per il protocluster di galassie più distante e antico mai rilevato, sfidando le teorie dominanti su come tali massicce strutture cosmiche si formino nell'infanzia dell'universo.

La rivelazione di JADES-ID1 è stata resa possibile dai dati combinati del James Webb Space Telescope (JWST) della NASA e del Chandra X-ray Observatory. L'analisi di questi dati indica che il protocluster possiede una massa immensa, stimata intorno a 20 trilioni di volte quella del nostro sistema solare. Mentre la maggior parte di questa massa è composta da materia oscura invisibile, l'osservatorio Chandra ha rivelato un'enorme nuvola di gas caldo che avvolge il cluster, brillando intensamente nelle lunghezze d'onda dei raggi X. La presenza di un'"atmosfera" così emettente raggi X è tipicamente un segno distintivo di cluster di galassie maturi e stabili, una caratteristica inaspettatamente trovata in una struttura di soli un miliardo di anni.

Il Dr. Ákos Bogdán, astrofisico presso il Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian e autore principale dello studio pubblicato su Nature, ha dichiarato: "JADES-ID1 è veramente il più giovane cluster con un'atmosfera emittente raggi X. E questa scoperta spinge il confine dei protocluster a raggi X a tempi molto, molto più remoti rispetto agli esempi precedenti." Ha inoltre osservato che l'esistenza di una struttura così massiccia e avanzata così presto nella storia dell'universo solleva interrogativi sulla completezza della nostra comprensione dei processi di formazione cosmica. "O siamo stati estremamente fortunati [a vederlo], o stiamo osservando una regione dell'universo che cresce insolitamente veloce", ha aggiunto.

I cluster di galassie sono argomenti cruciali in cosmologia, spesso definiti come "crocevia" tra astrofisica e cosmologia. Servono come laboratori naturali per studiare le interazioni galattiche, la crescita dei buchi neri supermassicci e l'evoluzione della rete cosmica. Comprendere come questi cluster si assemblano attraverso vaste distese di tempo e spazio, informa anche la nostra conoscenza dei parametri cosmologici che plasmano l'universo. Come ha commentato la Dr. Elena Rasia, astrofisica dell'Università del Michigan che non è stata coinvolta nello studio: "I cluster di galassie sono spesso definiti come ai 'crocevia' tra astrofisica e cosmologia." Ha suggerito che questo protocluster unico, JADES-ID1, potrebbe essere significativo da entrambe le prospettive.

I modelli standard di formazione dei cluster prevedono che una struttura di questa magnitudine e maturità non dovrebbe esistere così presto nella storia dell'universo. Inoltre, se JADES-ID1 dovesse continuare la sua prodigiosa crescita, alla fine diventerebbe un cluster di galassie completamente formato di dimensioni anormalmente grandi. Tuttavia, se la sua esistenza richieda effettivamente una riscrittura dei libri di testo rimane sotto indagine. Il Professor Klaus Dolag, astrofisico computazionale presso la Ludwig Maximilian University di Monaco, che non ha partecipato agli studi su JADES-ID1, riconosce che mentre "non comprendiamo appieno come tali strutture possano formarsi e apparire così avanzate così presto", potrebbero già esserci alcune indicazioni su ciò che sta accadendo. In uno studio precedente, Dolag e i suoi colleghi hanno eseguito simulazioni di assemblaggio di protocluster avvenute circa mezzo miliardo di anni dopo JADES-ID1, scoprendo che molti di quegli oggetti virtuali avevano sviluppato atmosfere rilevabili a raggi X a quel tempo. Fondamentalmente, nessuno dei protocluster più grandi e antichi dello studio del 2023 è diventato un cluster di galassie sovradimensionato man mano che la simulazione progrediva verso il presente. Invece, la loro crescita è rallentata man mano che maturavano ed esaurivano le loro riserve di gas circostanti. Se questo comportamento fosse vero anche per JADES-ID1, la sua dimensione precoce e sostanziale potrebbe essere meno misteriosa.

Ciononostante, il Professor Stefano Borgani, astrofisico presso l'Università di Trieste in Italia, non affiliato a nessuno di questi studi, sottolinea che il rilevamento dei raggi X da JADES-ID1 e da altri protocluster precoci spinge i limiti del telescopio Chandra. Ciò rende difficile per i ricercatori valutare accuratamente ciò che sanno su questi sistemi estremi. "Una comprensione più chiara se [JADES-ID1] sfidi la nostra attuale comprensione della formazione delle strutture cosmiche richiederà l'attesa di una prossima generazione di telescopi a raggi X" con una maggiore sensibilità, oltre alla visione nitida di Chandra, ha affermato. Il Dr. Bogdán concorda sulla necessità di studiare più protocluster di simile datazione. "I prossimi passi dovrebbero essere trovare altri sistemi come questo e costruire campioni più grandi di protocluster nell'universo primitivo in modo da non dipendere da un singolo oggetto", ha esortato.

Risolvere il mistero di questo maturo "baby cluster" promette scoperte significative indipendentemente dall'esito, secondo Dolag. "O impareremo qualcosa di nuovo sulla complessa interazione di vari processi fisici che plasmano la formazione delle galassie – o impareremo che c'è effettivamente un difetto nel nostro modello di sfondo generale della cosmologia che ci porta a semplificare eccessivamente." La scoperta di JADES-ID1 offre una finestra unica sulle epoche formative dell'universo, potenzialmente affinando i nostri modelli di formazione delle strutture e i parametri fondamentali che governano il cosmo.

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