Il telescopio James Webb ha osservato carbonio, ossigeno e silicio nel gas espulso a velocità comprese tra 50 e 250 km/s da tre galassie viste quando l'universo aveva meno di 740 milioni di anni. Lo studio, pubblicato il 24 settembre 2026 su Nature Astronomy, paper di Yongda Zhu e colleghi, sposta più indietro nel tempo l'inizio del ciclo barionico: il meccanismo con cui le galassie restituiscono materia all'ambiente circostante.
Lo studio in cifre: tre galassie, non un'epoca generica
Le testate italiane hanno sintetizzato la scoperta con la formula «500 milioni di anni dopo il Big Bang». Il paper è più specifico: le galassie analizzate sono tre, con redshift sistemici di 9,31, 7,88 e 7,29. Tradotto in tempo cosmico, significa che la luce di queste sorgenti è partita rispettivamente a 530, 670 e 740 milioni di anni dopo il Big Bang.
I dati provengono dal programma SPURS (PID 9214) condotto con lo spettrografo NIRSpec a bordo di JWST, con circa 30 ore di esposizione cumulate. Yongda Zhu, postdoc al Department of Astronomy e allo Steward Observatory dell'Università dell'Arizona, ha analizzato manualmente gli spettri di centinaia di galassie e isolato solo tre sorgenti con continuo ultravioletto abbastanza luminoso (segnale/rumore maggiore di 10 vicino ai 1.450 Å) per rivelare le righe di assorbimento cercate.
- Galassia A: redshift 9,31, massa stellare log(M*/M☉) = 9,80
- Galassia B: redshift 7,88, massa stellare log(M*/M☉) = 9,11
- Galassia C: redshift 7,29, massa stellare log(M*/M☉) = 9,48
Perché conta il midpoint della reionizzazione
La reionizzazione cosmica è il periodo in cui la luce ultravioletta delle prime stelle ha strappato gli elettroni all'idrogeno diffuso, rendendo l'universo trasparente. Il punto medio di questa transizione cade a redshift tra 7 e 8, cioè circa 650-750 milioni di anni dopo il Big Bang. La galassia A dello studio è più lontana di quel confine: le prove di arricchimento chimico sono quindi antecedenti al midpoint della reionizzazione, non successive.
La differenza non è solo temporale. Il gruppo di Zhu non ha rilevato un singolo elemento, ma un profilo multi-fase: ossigeno neutro (O I), silicio e carbonio ionizzati una volta (Si II, C II), silicio e carbonio tre volte ionizzati (Si IV, C IV). La coesistenza di fasi neutre e altamente ionizzate, insieme a offset in velocità coerenti, indica che il gas è in espansione dalle galassie stesse. Non è un fondo intergalattico primordiale: è materia già processata dalle stelle e rilanciata fuori.
Gli attuali modelli idrodinamici cosmologici, come FIRE-2, prevedono questo comportamento, ma le prove dirette erano limitate a redshift inferiori a 6,5 e provenivano quasi sempre da sistemi di assorbimento lungo le linee di vista dei quasar. Vedere lo stesso fenomeno nelle galassie una per una, a redshift superiore a 7, è una verifica che gli autori descrivono come la prima disponibile a questa epoca.
Cosa cambia per la cronologia cosmica
Il risultato obbliga a rivedere il calendario della nucleosintesi stellare: le prime generazioni di stelle hanno completato il loro ciclo vitale, prodotto metalli e li hanno dispersi tramite venti e supernove prima di quanto le simulazioni standard assumessero come scenario conservativo. Il comunicato dell'Università dell'Arizona sulla scoperta parla di galassie che «seminavano» l'ambiente circostante: la metafora è letterale, perché gli stessi atomi di carbonio e ossigeno misurati nei venti galattici primordiali sono gli ingredienti di cui saranno fatti i pianeti e la vita.
La misura resta rara. Tre galassie non sono una statistica. SPURS è un programma di Ciclo 4 ancora in corso e altri gruppi stanno lavorando a stacking spettrali che aggregano decine di sorgenti per ricavare segnali medi. La prossima tappa è ampliare il campione fino a redshift 10 e oltre, dove JWST ha già confermato spettroscopicamente due galassie a z > 14. Si tratta di esercizi che spostano i confini del misurabile, un filone trasversale che include anche la lettura elettrica della chiralità molecola per molecola da Osaka, la prima osservazione delle cellule vive di un pesce antartico e lo studio sul canale Piezo1 e l'immunità innata.
Per docenti e studenti di astrofisica il paper fornisce un caso-studio concreto da portare in aula: righe di assorbimento misurate contro il continuo stellare, offset in velocità, confronto con spettri compositi di galassie Lyman-break a z ≈ 3. Dalla prossima finestra osservativa di JWST ci si aspetta che il numero di galassie con misure dirette del gas arricchito salga da 3 a qualche decina.
Domande frequenti
Cosa ha scoperto il telescopio James Webb riguardo alle prime galassie?
Il telescopio James Webb ha osservato gas arricchito di carbonio, ossigeno e silicio espulso da tre galassie molto giovani, indicando che questi elementi erano già presenti prima del midpoint della reionizzazione.
Perché la scoperta è importante per la nostra comprensione della reionizzazione cosmica?
La scoperta anticipa l'inizio del ciclo barionico e mostra che le galassie arricchivano l'ambiente circostante con metalli molto prima di quanto previsto dai modelli standard, suggerendo una revisione della cronologia della nucleosintesi stellare.
Quali elementi sono stati rilevati nel gas espulso dalle galassie e cosa indica la loro presenza?
Sono stati rilevati ossigeno neutro, silicio e carbonio ionizzati a diversi livelli; la coesistenza di queste fasi prova che il gas è stato processato dalle stelle e poi espulso dalle galassie.
Quante galassie sono state analizzate nello studio e a quale epoca cosmica risalgono?
Lo studio ha analizzato tre galassie con redshift tra 7,29 e 9,31, corrispondenti a un'epoca tra 530 e 740 milioni di anni dopo il Big Bang.
Quali sono le prospettive future per questo tipo di studi?
Il programma SPURS e altri progetti mirano ad ampliare il campione di galassie analizzate fino a redshift 10 e oltre, rendendo possibile una comprensione più dettagliata dei primi processi di arricchimento chimico nell'universo.
In che modo il paper può essere utile per docenti e studenti di astrofisica?
Il paper rappresenta un caso-studio concreto sulle tecniche spettroscopiche e l'analisi delle righe di assorbimento, offrendo materiale didattico per comprendere l'evoluzione chimica delle galassie primordiali.
