Le grandi galassie a spirale ben definite, come la Via Lattea, sono piuttosto comuni nell’universo vicino. Tuttavia, risultano difficili da individuare nell’universo primordiale, il che è coerente con le aspettative secondo cui i grandi dischi con bracci a spirale impiegherebbero molti miliardi di anni per formarsi. Tuttavia, l’astronoma Christina Williams del Nsf Noirlab ha scoperto una galassia a spirale sorprendentemente matura appena un miliardo di anni dopo il Big Bang. Si tratta della galassia a spirale più distante, e quindi antica, a oggi conosciuta nell’universo osservabile.

L’immagine di Zhúlóng, la galassia a spirale più distante scoperta fino a oggi. Presenta bracci a spirale sorprendentemente ben definiti, un rigonfiamento centrale con stelle antiche e un ampio disco in cui si formano nuove stelle, una struttura simile a quella della Via Lattea. Crediti: Noirlab/Nsf/Aura/Nasa/Csa/Esa/M. Xiao (Università di Ginevra)/G. Brammer (Istituto Niels Bohr)/D. de Martin & M. Zamani (Nsf Noirlab)

Questa galassia, chiamata Zhúlóng – che significa Drago della Luce nella mitologia cinese, una creatura associata alla luce e al tempo cosmico – è stata scoperta nell’ambito del progetto Panoramic Survey, condotto con il telescopio spaziale James Webb (Jwst) e co-diretto da Williams e Pascal Oesch dell’Università di Ginevra (Unige).

«Le survey su larga scala sono necessarie per scoprire galassie rare e massicce», afferma Williams. «Speravamo di scoprire galassie massicce e luminose nelle epoche più antiche dell’universo, per comprendere come si formano ed evolvono. Questo aiuta a interpretare le fasi successive della loro evoluzione, che saranno osservate con Lsst».

Zhúlóng presenta una struttura sorprendentemente matura, unica tra le galassie lontane, che di solito sono disordinate e irregolari. Assomiglia alle galassie che si trovano nell’universo vicino, con una massa e dimensioni simili a quelle della Via Lattea. La sua struttura mostra un rigonfiamento compatto al centro, con stelle più vecchie, circondato da un grande disco di stelle più giovani che si concentrano nei bracci a spirale.

È una scoperta sorprendente sotto diversi aspetti. Primo, dimostra che galassie mature, simili a quelle del nostro vicinato cosmico, possono svilupparsi molto prima di quanto si ritenesse possibile. Secondo, da tempo si ipotizza che i bracci a spirale nelle galassie impieghino molti miliardi di anni per formarsi, ma questa galassia dimostra che possono invece svilupparsi anche in tempi più brevi.

In realtà, galassie a spirale simili alla Via Lattea sono già state osservate anche in epoche molto antiche dell’universo. Una di queste è stata identificata da Jwst nel febbraio 2023, risalente a quando l’universo aveva appena 1,4 miliardi di anni. Anche questa galassia mostrava un disco ben formato e una struttura sorprendentemente ordinata per quell’epoca. Pochi mesi dopo, sempre Jwst ha scoperto un’altra antica galassia, gemella della Via Lattea 11.7 miliardi di anni fa. Prima ancora, nel 2020, Alma ha osservato una galassia molto distante, con un disco ben ordinato: un’altro sorprendente “precursore” delle galassie a spirale moderne.

La rarità di galassie come Zhúlóng suggerisce che le strutture a spirale potrebbero essere di breve durata in questa epoca dell’universo. È possibile che fusioni galattiche, o altri processi evolutivi più comuni nell’universo primordiale, distruggano i bracci a spirale. Pertanto, queste strutture potrebbero essere più stabili in epoche cosmiche successive, il che spiegherebbe perché sono più comuni nel nostro vicinato.

Il progetto Panoramic Survey è innovativo poiché è uno dei primi del Jwst a utilizzare la modalità pure parallel mode – una strategia osservativa in cui una seconda fotocamera raccoglie immagini aggiuntive mentre la fotocamera principale di Jwst è puntata altrove.

Le future osservazioni di Jwst e dell’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma) aiuteranno a confermare le proprietà di Zhúlóng e a capire qualcosa di più sulla sua storia di formazione. Con il proseguire delle nuove survey extragalattiche su vasta scala, gli astronomi si aspettano di scoprire altre galassie simili, offrendo nuove intuizioni sui complessi processi che hanno modellato l’universo primordiale.

Per saperne di più:

• Leggi su Astronomy & Astrophysics l’articolo “PANORAMIC: Discovery of an ultra-massive grand-design spiral galaxy at z ∼2” di Mengyuan Xiao, Christina C. Williams, Pascal A. Oesch, David Elbaz, Miroslava Dessauges-Zavadsky, Rui Marques-Chaves, Longji Bing, Zhiyuan Ji, Andrea Weibel, Rachel Bezanson, Gabriel Brammer, Caitlin Casey, Aidan P. Cloonan, Emanuele Daddi, Pratika Dayal, Andreas L. Faisst, Marijn Franx, Karl Glazebrook, Anne Hutter, Jeyhan S. Kartaltepe, Ivo Labbe, Guilaine Lagache, Seunghwan Lim, Benjamin Magnelli, Felix Martinez, Michael V. Maseda, Themiya Nanayakkara, Daniel Schaerer and Katherine E. Whitaker