Una galassia vista com’era circa mezzo miliardo di anni dopo il Big Bang, così blu da essere una delle più estreme mai osservate a quelle distanze, e così “porosa” da lasciar scappare nello spazio la grande maggioranza della sua luce più energetica. È il ritratto di EBG-1 che emerge da nuove osservazioni del telescopio spaziale James Webb, descritte in uno studio guidato da Yunjing Wu del Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe dell’Università di Tokyo e proposto per la pubblicazione su The Astrophysical Journal Letters.
Secondo gli autori, fino all’85% della radiazione ionizzante prodotta dalle stelle di questa galassia potrebbe sfuggire nello spazio intergalattico. Un valore altissimo, che rende EBG-1 un indizio prezioso per uno dei grandi enigmi della cosmologia: chi ha “acceso” l’Universo, rendendo trasparente il gas che lo riempiva?
Il mistero della reionizzazione
Per qualche centinaio di milioni di anni dopo il Big Bang, il cosmo era immerso in un gas di idrogeno neutro, opaco alla luce ultravioletta. Poi si sono accese le prime stelle e le prime galassie, e la loro radiazione più energetica, quella capace di strappare l’elettrone agli atomi di idrogeno, ha cominciato a ionizzare il gas tutt’intorno. Bolla dopo bolla, le regioni ionizzate si sono espanse e fuse, finché, circa un miliardo di anni dopo il Big Bang, l’idrogeno intergalattico era quasi tutto ionizzato. È la cosiddetta reionizzazione, l’ultima grande trasformazione globale dell’Universo.
Che le galassie con stelle in formazione siano state le principali responsabili è l’ipotesi più accreditata. Ma quali galassie? Le piccole e numerosissime galassie nane, o quelle più grandi e luminose? Il nodo centrale è una quantità chiamata frazione di fuga: la percentuale di fotoni ionizzanti che riesce davvero a uscire da una galassia invece di essere assorbita dal suo stesso gas e dalla sua polvere. Nella maggior parte delle galassie è bassa, ma alcuni scenari, soprattutto quelli in cui la reionizzazione si conclude relativamente tardi, richiedono sorgenti molto efficienti.
Una lente cosmica e 14 ore di osservazione
EBG-1, sigla di “Extreme Blue Galaxy 1”, si trova a redshift 9,244. La sua luce ci arriva amplificata dall’ammasso di galassie MACS0647, la cui enorme massa curva lo spazio e agisce come una lente d’ingrandimento naturale: un effetto previsto dalla relatività generale e ormai strumento quotidiano degli astronomi. Osservazioni precedenti a bassa risoluzione avevano già confermato la distanza e il colore estremamente blu della galassia, ma non bastavano a misurare le sue righe di emissione.
Il gruppo, che riunisce ricercatori di Giappone, Cina, Stati Uniti ed Europa, ha quindi puntato su EBG-1 lo spettrografo NIRSpec di Webb per 14 ore, con una risoluzione spettrale circa dieci volte superiore. Il risultato è uno spettro che rivela una galassia molto povera di elementi pesanti: l’abbondanza di ossigeno è circa il 3% di quella del Sole, segno di una popolazione stellare giovane e poco “inquinata” dalle generazioni precedenti.
Perché il colore blu è un indizio
Durante la reionizzazione l’idrogeno neutro intergalattico assorbe la radiazione ionizzante, quindi la frazione di fuga non si può misurare direttamente: va dedotta. Qui entra in gioco il colore. Quando la radiazione ionizzante resta intrappolata, il gas della galassia la riemette sotto forma di righe di emissione e di un debole continuo “nebulare” che arrossa lo spettro. Se invece la radiazione scappa, quel bagliore manca e la galassia appare più blu, con righe più deboli.
EBG-1 mostra proprio questa combinazione: una pendenza ultravioletta di circa −3, tra le più ripide mai misurate oltre redshift 9, e righe di emissione sorprendentemente deboli, come quella del carbonio, di cui è stato possibile fissare solo un limite superiore. Confrontando i dati con spettri sintetici calcolati con il codice BEAGLE, i ricercatori trovano che i modelli favoriscono una frazione di fuga di almeno il 75%, con il miglior accordo intorno all’85%.
Un caso raro, e le domande aperte
Il dato più interessante è che EBG-1 non è una galassia nana debolissima, ma un oggetto relativamente luminoso nell’ultravioletto. Questo suggerisce che anche galassie di questo tipo possano raggiungere le efficienze estreme richieste dagli scenari di reionizzazione tardiva. Gli autori però sono prudenti: secondo la loro stima del bilancio di fotoni, oggetti come EBG-1 basterebbero se rappresentassero solo il 5% circa della popolazione, ma non significa che una singola galassia possa chiudere la partita.
Restano diverse incertezze. La frazione di fuga è ricavata tramite modelli, non osservata direttamente, e la riga dell’idrogeno H-beta è misurata solo in modo marginale. Inoltre il lavoro è al momento un preprint sottoposto a revisione. Servirà un campione più ampio di galassie estremamente blu, e magari lo studio dell’ambiente che le circonda, per capire se le “galassie che perdono luce” siano state eccezioni o protagoniste dell’alba cosmica. È un altro tassello, però, di un racconto che Webb sta riscrivendo pezzo dopo pezzo.
Stefano Camilloni
Riferimento scientifico: Yunjing Wu, Sijia Cai, Yongda Zhu, Masami Ouchi et al., Can Blue UV-Bright Galaxies Drive Reionization at Cosmic Dawn? An MUV = −19.6 Galaxy with fesc ≈ 0.85 at z = 9.244, preprint arXiv:2610.24092, sottoposto a The Astrophysical Journal Letters (2026).
DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2610.24092
Fonte: Phys.org; articolo originale: arXiv
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