Gli astronomi della Cornell erano focalizzati su SPT0418-47, una delle galassie polverose più brillanti e in formazione stellare dell'universo primordiale, la cui luce lontana è stata amplificata dalla gravità di una galassia in primo piano, in un anello di Einstein. Tuttavia, uno sguardo più attento alle immagini JWST rilasciate lo scorso autunno ha portato alla scoperta di una galassia compagna precedentemente nascosta dietro la luce della galassia in primo piano. Questa galassia sembra aver già ospitato sorprendentemente più generazioni di stelle nonostante la sua giovane età, stimata a 1,4 miliardi di anni.
"Abbiamo scoperto che questa galassia è super chimicamente abbondante, qualcosa che nessuno di noi si aspettava", ha detto nel comunicato Bo Peng, dottorando in astronomia che ha guidato l'analisi dei dati e autore principale dello studio pubblicato su Astrophysical Journal Letters. "Le immagini precedenti dello stesso anello di Einstein catturate dall'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Cile contenevano indizi della compagna, risolta poi dal JSWT, ma non potevano essere interpretate come qualcosa di più di un rumore casuale", ha detto Amit Vishwas, un ricercatore associato del Cornell Center for Astrophysics and Planetary Sciences (CCAPS) e secondo autore dell'articolo.

La scoperta

Indagando sui dati spettrali di ogni pixel delle immagini dallo strumento NIRSpec del JWST, Peng ha identificato una seconda nuova fonte di luce molto debole all'interno dell'anello, stabilendo che era l'immagine di una nuova galassia ingrandita gravitazionalmente dalla stessa galassia in primo piano responsabile della creazione dell'anello. Un'ulteriore analisi della composizione chimica, tramite gli spettri di luce, ha confermato che le forti righe di emissione degli atomi di idrogeno, azoto e zolfo delle due galassie lontane hanno prodotto spostamenti verso il rosso simili. Ciò implica che esse si trovano all'incirca alla stessa distanza dalla Terra, calcolata come redshift 4,2 circa, o il 10% dell'età dell'universo.

Per confermare la scoperta, i ricercatori sono poi tornati alle precedenti osservazioni di ALMA, trovando una linea di emissione di carbonio ionizzato che corrispondeva strettamente ai redshift osservati da JWST.
Il team ha stimato che la galassia compagna, etichettata come SPT0418-SE, si trovasse entro 5 kiloparsec dall'anello.

Le due galassie hanno una massa modesta rispetto alle galassie dell'universo primordiale, con "SE" relativamente più piccola e meno polverosa.

Sulla base di immagini di galassie vicine con colori simili, i ricercatori suggeriscono che potrebbero risiedere "in un enorme alone di materia oscura con vicini ancora da scoprire".

Una metallicità sorprendente

La cosa più sorprendente della galassia compagna, considerando la sua età e massa, è stata lametallicità matura, che in astronomia indica la quantità di elementi più pesanti dell'elio e dell'idrogeno, come carbonio, ossigeno e azoto. Il team ha stimato che questi valori possano essere paragonabili a quelli del nostro Sole, che ha più di 4 miliardi di anni e ha ereditato la maggior parte dei suoi metalli dalle precedenti generazioni di stelle.

"Stiamo vedendo gli avanzi di almeno un paio di generazioni di stelle vissute e morte entro il primo miliardo di anni di esistenza dell'universo, che non è ciò che vediamo di solito", ha detto Vishwas. "Ipotizziamo che il processo di formazione delle stelle in queste galassie debba essere stata molto efficiente e iniziata molto presto nell'universo, in particolare per spiegare l'abbondanza misurata di azoto rispetto all'ossigeno, poiché questo rapporto è una misura affidabile di quante generazioni di stelle sono vissute e sono morte".

Ora, i ricercatori hanno presentato una proposta per ottenere l'utilizzo del JWST per continuare lo studio dell'anello e dei suoi compagni cosmici e riconciliare le potenziali differenze osservate tra lo spettro ottico e quello del lontano infrarosso.