Non molto tempo dopo l’inizio delle operazioni scientifiche del telescopio spaziale James Webb, gli astronomi annunciarono di aver scoperto nell’universo primordiale galassie più grandi, più luminose e piene di stelle per la loro età. Mentre i titoli dei giornali di tutto il mondo affermano che queste galassie stanno “rompendo” la nostra comprensione del Big Bang, la verità è più complessa – e più interessante.
La teoria del Big Bang è la nostra immagine generale della storia dell’universo, a partire dal suo passato profondo, quando l’universo era più piccolo, più caldo e più denso di quanto lo sia oggi. Questo modello, inizialmente sviluppato agli inizi del 1900, ha superato una serie di test osservativi ed è estremamente efficace nello spiegare una varietà di osservazioni cosmologiche, incluso lo spostamento verso il rosso della luce proveniente da galassie distanti e la comparsa di radiazione residua come radiazione di fondo. l’abbondanza di elementi leggeri e l’evoluzione delle galassie e delle strutture più grandi.
Sebbene la teoria del Big Bang non possa dire con certezza quali galassie appariranno e dove, può parlare di probabilità. Ad esempio, i cosmologi possono dire approssimativamente quante galassie piccole, quante galassie medie e quante galassie grandi dovrebbero apparire con una data dimensione ad una data età nell’universo. Ma fino al telescopio spaziale James Webb, non avevamo accesso diretto alle prime fasi dell’evoluzione delle galassie, qualcosa per cui il telescopio è stato specificamente progettato.
Nel 2022, gli astronomi annunciarono di aver trovato galassie estremamente distanti e sorprendentemente grandi. Hanno misurato Spostamento verso il rosso Delle galassie ce ne sono più di 16, il che significa che queste galassie Esistevano solo da 200 a 250 milioni di anni dopo il Big BangTuttavia, era enorme e sembrava completamente formato, con bracci a spirale e tutto il resto.
Imparentato: No, la teoria del Big Bang non è “rotta”. Ecco come lo sappiamo.
Queste galassie sembravano molto lontane dalle previsioni della teoria del Big Bang; Era come trovare adolescenti in una classe di scuola materna. Quindi cosa succede?
Cosmologia curva
Sono apparsi audaci titoli di giornale che dichiarano la morte della teoria del Big Bang. Ma queste storie tralasciano un dettaglio cruciale: gli astronomi hanno stimato gli spostamenti verso il rosso di queste galassie attraverso una tecnica nota come fotometria, che è altamente incerta. Una valutazione completa della capacità di queste galassie di “rompere” la cosmologia deve attendere fino a quando non sarà possibile ottenere una misurazione più precisa del loro spostamento verso il rosso, e quindi della loro età.
Quando quelle misurazioni più precise arrivarono qualche mese dopo, quelle galassie passarono dall’essere galassie da record ad essere semplici galassie ordinarie. Ad esempio, il redshift di una galassia è stato modificato da più di 16 a soli 4,9, spostando la sua età da 240 milioni di anni dopo il Big Bang a più di un miliardo di anni. Questo è un tempo più che sufficiente perché la normale teoria del Big Bang spieghi le loro dimensioni e forme.
Ma accanto a queste revisioni meno entusiasmanti, sono emersi alcuni spostamenti verso il rosso confermati per altre galassie, tra cui JADES-GS-z14-0, la galassia più distante attualmente conosciuta, che ha uno spostamento verso il rosso di 14,32. Questa galassia era viva e vegeta quando l’universo aveva solo 290 milioni di anni.
Gli astronomi avevano predetto l’esistenza delle galassie 290 milioni di anni dopo il Big Bang; Ecco perché hanno costruito il telescopio James Webb. Come galassia, JADIS-GS-Z14-0 è decisamente piccola: appena 1.600 anni luce di diametro, rispetto ai 100.000 anni luce di diametro della Via Lattea. Ma, cosa interessante, la galassia è abbastanza luminosa e piena di stelle, non abbastanza da sconvolgere completamente la cosmologia, ma abbastanza da sollevare alcune domande sulle origini e sull’evoluzione delle prime galassie apparse nell’universo.
Costruire la cosmologia
È molto probabile che la teoria del Big Bang sia sbagliata; Gli scienziati devono mantenere la disciplina mentale per riconoscere questa possibilità. Ma con una quantità così grande di prove a sostegno di questa teoria, è improbabile che la teoria del Big Bang possa essere confutata da una singola osservazione. Vale la pena ripetere che il telescopio James Webb sta facendo esattamente ciò per cui lo abbiamo progettato e costruito: rispondere ad alcune delle domande chiave rimanenti su come sono apparse le prime stelle e galassie.
È del tutto possibile che i cosmologi possano spiegare la comparsa di galassie come JADES-GS-z14-0 nel contesto del Big Bang senza dover apportare modifiche importanti. Per esempio, buchi neri Queste galassie potrebbero essere apparse davanti a noi e la loro gravità ultra forte potrebbe aver dato origine a luminose esplosioni di formazione stellare. O forse Supernova Il feedback e altri meccanismi fecero sì che le prime galassie fossero più ricche di stelle rispetto alle galassie odierne, facendo sembrare grandiose quelle prime galassie nonostante le loro piccole dimensioni.
Le nostre osservazioni iniziali potrebbero essere state distorte verso queste piccole ma luminose galassie, e ulteriori campagne potrebbero rivelare ammassi più grandi di galassie più banali, riducendo così la tensione con i modelli di formazione delle galassie.
Infine, potrebbe essere necessario aggiungere alcuni nuovi ingredienti all’universo, come consentire all’energia oscura di evolversi nel tempo, per produrre questo tipo di galassia in tempi così remoti.
Questo è interessante di per sé, senza dover ribaltare la teoria del Big Bang come la conosciamo. Ci sono abbastanza misteri e angoli nascosti nell’universo da tenere gli astronomi svegli tutta la notte a interrogarsi sulle possibilità – e al mattino per continuare a capire come risolverli.
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