JWST rileva molecole organiche complesse 12 miliardi di luce

Attraverso una combinazione della flessione gravitazionale della luce e della straordinaria potenza del JWST, gli scienziati hanno rilevato idrocarburi policiclici aromatici (IPA) in una galassia a 12 miliardi di anni luce dalla Terra. Stiamo vedendo la galassia SPT0418-47 com'era quando l'universo aveva un decimo della sua età attuale, e le osservazioni mostrano che era già arricchita di elementi pesanti e molecole abbastanza complesse.

Quando troviamo IPA sulla Terra di solito è un brutto segno. Questo insieme di composti è prodotto dagli incendi boschivi e nei fumi di scarico dei motori, sebbene alcuni di essi abbiano usi come insetticidi e precursori di altre molecole. Trovarli nello spazio è una questione molto diversa, poiché indicano importanti processi chimici e alcuni degli ingredienti necessari per creare la vita.

Trovare gli IPA nella nostra galassia è diventata una routine, ma l’universo primordiale è una questione diversa. Ora un nuovo documento ha cambiato la situazione. Inoltre, il lavoro è andato ben oltre la semplice individuazione. Mappando la distribuzione degli IPA in SPT0418-47, l’articolo rivela che le emissioni infrarosse di una galassia polverosa come questa erano dominate dalla formazione stellare.

La metà della radiazione emessa dalle stelle viene assorbita dai granelli di polvere, che vengono riscaldati nel processo e riemettono l'energia nell'infrarosso, dove il JWST può rilevarli. Gli IPA seguono la distribuzione dei granelli di polvere di dimensioni millimetriche nello spazio e possono fungere da proxy per rivelarne la presenza. Regolano anche il raffreddamento del gas tra i sistemi stellari.

L'atmosfera interferisce con le osservazioni terrestri nell'infrarosso e prima che i telescopi spaziali JWST non disponessero della potenza studiata la distribuzione dei PAH in galassie molto distanti. Insieme al JWST, gli autori dell'articolo, tra cui lo studente laureato dell'Università dell'Illinois Urbana-Champaign Kedar Phadke e il professor Joaquin Vieira, hanno utilizzato un esempio estremo di lente gravitazionale, in cui una grande massa focalizza la luce da un oggetto più distante per ingrandirla.

SPT0418-47 è sottoposto a lente gravitazionale da una galassia più vicina per apparire 30-35 volte più grande e luminoso di quanto sarebbe senza la lente. Solo la combinazione di un evento di lente così estremo e la potenza del JWST ci permette di vedere una galassia così distante così chiaramente attorno alla lunghezza d’onda di 3,3 micrometri, alla quale si irradiano gli IPA.

"Ciò che questa ricerca ci sta dicendo in questo momento - e stiamo ancora imparando - è che possiamo vedere tutte le regioni in cui si trovano questi granelli di polvere più piccoli - regioni che non avremmo mai potuto vedere prima del JWST", ha affermato Phadke in una nota.

La distribuzione degli IPA e dei piccoli grani rivela un modello diverso rispetto ai granelli di polvere più grandi responsabili delle emissioni nel lontano infrarosso, con rapporti tra loro che variano di un fattore cinque.

Rivela inoltre che la maggior parte della radiazione infrarossa proveniente da SPT0418-47 non proviene dal disco di accrescimento attorno al buco nero, come nel caso dei quasar, ma è emessa dalle stelle.

"Non ce lo aspettavamo", ha detto Vieira. "Il rilevamento di queste complesse molecole organiche a una distanza così grande cambia le regole del gioco per quanto riguarda le osservazioni future. Questo lavoro è solo il primo passo e stiamo solo ora imparando come usarlo e apprenderne le capacità. Siamo molto entusiasti di vedere come questo si risolve."

Una cosa che non sappiamo ancora è se SPT0418-47 sia tipico delle galassie di quest’era nei modi misurati, o un valore anomalo. Per rispondere a questa domanda, dovremo trovare molte più galassie con una galassia più vicina opportunamente posizionata che possa inquadrarle gravitazionalmente per noi, oppure costruire un telescopio ancora più potente del JWST.

Lo studio è pubblicato su Nature.