Il telescopio spaziale James Webb sta riscrivendo ciò che pensavamo di sapere sull'universo

Che cos'è il JWST e come si differenzia dal Telescopio Spaziale Hubble?

Il lancio su del Telescopio Spaziale James Webb (JWST) il 25 dicembre 2021 sta sollevando una serie di domande serie sul modello cosmologico standard che probabilmente porteranno a revisioni del modello standard, se non a una sua sostanziale - o addirittura completa - riscrittura. Per chi non lo sapesse, il telescopio James Webb è il telescopio spaziale più grande e più potente mai realizzato, con un costo di oltre 10 miliardi di dollari e quasi 20 anni di costruzione. Lo specchio primario del JWST è di 6,5 metri (21,3 piedi) di diametro, significativamente più grande dello specchio di 2,4 metri (7,9 piedi) di Hubble, che gli fornisce una capacità di cattura della luce 6 volte superiore. Anche se Hubble può catturare una parte della luce infrarossa, è stato progettato principalmente per catturare la luce visibile e la luce ultravioletta.

L'enfasi del JWST sulla cattura della luce infrarossa è importante, perché consente di vedere attraverso le nubi di polvere cosmica e di guardare molto più indietro nel tempo. Poiché l'universo si sta espandendo, la luce delle prime stelle e galassie si è "spostata verso il basso" dal visibile alla luce ultravioletta e infine alle lunghezze d'onda dell'infrarosso, quando raggiunge la nostra posizione nell'universo. Mentre Hubble è stato in grado di utilizzare la lente gravitazionale per vedere fino a 13,4 miliardi di anni fa, JWST è in grado di risolvere le immagini di queste galassie in modo più chiaro e di vedere oltre le "galassie bambino" (come le descrive la NASA) di Hubble, fino alle prime galassie che si sono formate per vedere quelle che dovrebbero essere "galassie bambino". Finora, la prima galassia che JWST è stato in grado di osservare è stata identificata come risalente a soli 320 milioni di anni dopo il Big Bang.

Quali sono le scoperte più significative e impegnative del Telescopio Webb fino ad oggi?

Il JWST ha scoperto galassie che - sull'attuale scala temporale cosmologica di 13,7 miliardi di anni - hanno un'età compresa tra 500 milioni e 700 milioni di anni. Questo non è di per sé inaspettato. Ciò che è inaspettato è la massa di queste galassie, molte delle quali sono allineate alle dimensioni della nostra galassia Via Lattea. Prima che il JWST osservasse queste galassie, si pensava che fosse impossibile che galassie di tali dimensioni esistessero così presto nella storia apparente dell'universo. Gli scienziati si aspettavano che il JWT avrebbe scoperto galassie relativamente piccole durante questa scala temporale, ma queste grandi galassie che si sono formate così presto nell'universo sono state definite "universe breaker", perché semplicemente non dovrebbero esistere se l'universo avesse solo 13,7 miliardi di anni, come è stato ipotizzato.

Una di queste antiche galassie, battezzata ZF-UDS-7329è più grande della Via Lattea, ma si è formata solo 800 milioni di anni dopo il Big Bang. Fino alla sua scoperta, si pensava che solo le galassie di queste dimensioni non potessero formarsi fino a quando la materia oscura non fosse stata seminata nell'universo. La sua esistenza sconvolge sia l'età dell'universo sia il modo in cui gli scienziati ritenevano che fossero i requisiti per le galassie di queste dimensioni per poter prendere forma. JWST ha anche scoperto altre strutture nello spazio al centro della nostra Via Lattea - a circa 25.000 anni luce di distanza - che gli scienziati non avevano mai osservato prima e che stanno lottando per spiegare. Queste includono una nube blu di idrogeno ionizzato che copre un'enorme regione di spazio nella regione del Sagittario C, comprese quelle che sono state descritte come strutture 'aghiformi' che puntano caoticamente in più direzioni.

Una delle caratteristiche centrali del modello cosmologico standard è la cosiddetta Costante di Hubble. Prende il nome da Edwin Hubble (come il telescopio) che per primo osservò che l'universo si stava espandendo e ad un tasso proporzionale e costante rispetto alla distanza di un oggetto dalla Terra. Le osservazioni del telescopio Hubble hanno dato origine a quella che è diventata nota come la Tensione di Hubble, in cui le diverse tecniche utilizzate per misurare il tasso di espansione dell'universo hanno dato risultati diversi. Ora, il JWST ha confermato che queste osservazioni diverse sono effettivamente corrette e che l'universo non si sta espandendo a un tasso costante, ma a tassi diversi che variano quando osserviamo parti diverse dell'universo. Questa scoperta contraddice direttamente il pensiero attuale sull'espansione dell'universo, nel caso in cui un Big Bang sia stato centrale per la sua creazione e la successiva inflazione.

Il JWST ha anche identificato molti altri buchi neri giganti che si erano già formati in quello che noi comprendiamo essere stato l'universo primordiale. Anche questa è una scoperta del tutto inaspettata. Di solito i buchi neri supermassicci si formano attraverso l'accrezione di gas nel corso di molti milioni di anni; ma questi buchi neri supermassicci sembrano essersi formati molto più rapidamente di quanto si pensasse in precedenza. Sollevano anche interrogativi sul fatto che siano cresciuti molto più rapidamente di quanto si pensasse in precedenza, o che siano effettivamente nati grandi. In ogni caso, le scoperte del JWST riscriveranno i libri - sia per quanto riguarda il modo e la velocità di formazione dei buchi neri supermassicci, sia per quanto riguarda il fatto che l'universo sia molto più vecchio di quanto gli scienziati pensassero inizialmente.

Cosa significa per il modello cosmologico standard?

Uno scienziato dell'Università di Ottawa, il dottor Rajendra Gupta, sostiene che i suoi calcoli più recenti indicano che l'universo non ha 13,7 miliardi di anni, ma 26,7 miliardi di anni. Egli sostiene che il modello cosmologico standard che utilizza il redshift per determinare l'età dell'universo deve tenere conto anche della cosiddetta "teoria della luce stanca", che suggerisce che la ragione del redshift apparente non è la distanza di un oggetto dalla Terra, ma deve tenere conto anche del fatto che l'energia dei fotoni della luce si dissipa nel tempo. Questo potrebbe spiegare perché una stella come Methuslah, attualmente la stella più antica mai osservata, sembra essere più vecchia dell'età stimata dell'universo, attualmente accettata a 14,3 miliardi di anni.

Il punto di vista di Gupta deve ancora essere condiviso dalla comunità scientifica in generale, tuttavia, poiché il JWST è operativo solo dalla metà del 2022 e ci sono molti altri dati che deve ancora raccogliere e molte altre elaborazioni numeriche e modelli teorici da applicare ai dati. Esistono proposizioni ancora più radicali di quella di Gupta, che sostengono che l'origine dell'universo non sia iniziata affatto con il Big Bang, mentre un'altra teoria presuppone che l'universo sia semplicemente esistito in eterno. Dopo il lancio del JWST, una cosa è certa: il modello cosmologico standard dovrà essere come minimo rivisto. Solo il tempo ci dirà se dovrà essere completamente riscritto e sostituito con una spiegazione completamente nuova dell'origine dell'universo e della sua età.