HD1, la galassia più lontana mai scoperta. Brillava 13,5 miliardi di anni fa

Nascevano stelle a centinaia, un gigantesco buco nero faceva fuochi d’artificio, tanto tempo fa, in una galassia lontana lontana…. Tanto lontana che tutto ciò che possiamo vedere da qui, 13 miliardi e mezzo di anni dopo, è un puntino rosso che appena si distingue nello sfondo buio di un Cosmo primordiale. Quella trovata dagli astronomi è la galassia più distante su cui l’uomo abbia mai posato gli occhi. L’hanno chiamata con una sigla, HD1, la sua luce ha viaggiato per quasi tutto il tempo dell’Universo, per arrivare fino a noi.

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Gli astronomi di un team internazionale hanno descritto questa “detection” in uno studio pubblicato oggi su The Astrophysical Journal. La chiamano ancora “candidate”, però si sentono piuttosto sicuri di quello che hanno visto: “Siamo certi che questa macchiolina sia una galassia - spiega Fabio Pacucci, astrofisico italiano al Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, coautore del paper - ma per essere assolutamente certi della sua distanza ci servirà il James Webb space telescope. Abbiamo però una conferma indipendente da Alma (il radiotelescopio dello European southern observatory in Cile) che ci dà una confidenza che sia davvero così lontana, 13,5 miliardi di anni luce, al 99,99 per cento. Sarebbe la più lontana galassia mai osservata, appena 330 milioni di anni dopo il Big bang”. Brillava quando niente di ciò che osserviamo attorno esisteva nella sua forma, il Sole e la Terra erano altro, materia sparsa di nubi interstellari o di altri astri.

Gocce di luce dall’epoca buia

Per ‘disegnare’ quel puntino rosso, gli astronomi hanno raccolto luce con quattro diversi telescopi, tre a terra (Subaru, Vista, UK Infrared Telescope) e uno spaziale, Spitzer, per un totale di 1.200 ore di osservazione. E da quella manciata di fotoni pazientemente raccolti hanno saputo ricavare l’idea di qualcosa di grandioso e potente. La culla di nuove stelle, un buco nero supermassiccio, al centro di una galassia che inizia a illuminare la dark age dell’Universo, l’epoca buia: “Un’epoca in cui non c’erano fotoni visibili, nessuna luce che i nostri occhi possano percepire. Poi si accesero le prime stelle e le galassie, forse 100-200 milioni di anni dopo il Big Bang” sottolinea Pacucci, che è la prima firma di un altro studio, pubblicato oggi su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters e collegato al primo, nel quale si cerca un’interpretazione fisica a questa osservazione record.

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Il ricercatore italiano fa anche parte della Black hole Initiative, un istituto di Harvard che ospita molti fra gli scienziati che hanno scattato la prima foto di un buco nero, assieme allo scienziato Avi Loeb. Con lui, ha analizzato la possibilità che tutta quell’energia, della quale ci è arrivata solo qualche goccia, sia dovuta alla formazione di nuove stelle o di un enorme buco nero: “C’è una forte emissione nella luce ultravioletta, prodotta da processi molto energetici, come per esempio la formazione stellare, che per effetto del “redshift” noi vediamo in infrarosso - prosegue il ricercatore - e che potrebbe essere associata a quello che chiamiamo ‘starbust’, tantissime stelle che si formano in un tempo relativamente breve. Secondo i nostri modelli, parliamo di 100 stelle simili al Sole all’anno. Un ritmo elevatissimo per una galassia come HD1”.

Così erano le prime stelle

Si fanno strada altre ipotesi, ancora più affascinanti: “Le prime stelle si sono formate quando nell’Universo gli unici elementi erano idrogeno, elio e una piccola percentuale di litio e berillio. Le chiamiamo di ‘popolazione III’, dovevano essere fatte solo di questi elementi leggeri. Quelli più pesanti, che osserviamo nell’Universo attuale, si sono formati in seguito, proprio grazie all’evoluzione degli astri. Dunque queste alte quantità di energia ultravioletta possono essere dovute alla formazione di stelle di popolazione III, che erano molto più massicce, luminose e calde. HD1 non è una delle primissime galassie, ma potrebbe contenere questo tipo di stelle. È verosimile che esistano ma nessuno le ha ancora osservate”.

Un buco nero primordiale

Poi c’è l’ipotesi del buco nero al centro di questa come della maggior parte delle galassie conosciute. Secondo Pacucci, potrebbe essere un gigante ‘pesante’ 100 milioni di volte il Sole, non una taglia da record, ma che aprirebbe la strada a nuovi, stimolanti, interrogativi: “Possibile che parte di questa luce sia generata da un buco nero supermassiccio che si sta accrescendo molto velocemente, vicino al limite massimo teorico - specifica - sarebbe sicuramente il più lontano mai scoperto, di gran lunga. Darebbe informazioni vitali su come i buchi neri crescono ed evolvono nel tempo. È molto grande per essere a redshift 13, e siccome niente si può formare prima del Big Bang, questo avrebbe avuto al massimo 330 milioni di anni per crescere. Non sappiamo ancora come sia possibile”.

Parola a James Webb

L’eccezionalità dell’osservazione si è già guadagnata tempo sul nuovo James Webb space telescope della Nasa, che da maggio aprirà il suo occhio verso il Cosmo per la scienza. La luce di sorgenti che si allontanano da noi, un po’ come la sirena di un’ambulanza, subisce uno ‘stiramento’, la lunghezza d’onda dell’ultravioletto, per esempio, si sposta verso l’infrarosso, è il fenomeno noto come “redshift”. “James Webb ci aiuterà ad avere uno spettro continuo di quelle emissioni, perché è in grado di raccogliere molta più luce di Hubble (che aveva scoperto la galassia più lontana nota finora, nel 2016), specialmente nell’infrarosso - conclude Pacucci - ora è come se avessimo una fotografia sbiadita, con la quale possiamo sì riconoscere una persona, o in questo caso descrivere una galassia. Ma James Webb ci darà il ‘passaporto’ con tutte le informazioni certe di cui abbiamo bisogno”.