Einstein, il James Webb Space Telescope e l'ammasso galattico Pandora stretti in una collaborazione davvero trasversale e multietnica.......

La gran quantità di galassie osservate nell’ammasso censito con il numero 2744 nell’elenco di Abell a tal punto ha impressionato gli astronomi da indurli a utilizzare un nome alternativo e meno arido della codifica catalogativa ufficiale: “ammasso Pandora”, evocazione dell’antico mito ellenico riferito da Esiodo, in due versioni tra loro molto simili, nella Teogonia e nelle Opere e i giorni.

L’ammasso Pandora, situato nella costellazione meridionale dello Sculptor, comprende diverse centinaia di galassie fra loro legate gravitazionalmente; un affascinante coacervo di materia che, a causa della sua grande distanza (red shift stimato in 0.308), presenta all’occhio del telescopio un panorama risalente a circa 3.98 miliardi di anni fa.

L’enorme concentrazione di massa rappresenta un affascinante spettacolo per l’osservatore che si lasci catturare dalla profondità dell’immagine, ottenuta dall’Hubble Space Telescope tra l’ottobre 2009 e il novembre 2013 con un’esposizione di ben 67 ore (fig. 1).

L’immagine, il massimo risultato ottenibile con le ottiche a bordo di Hubble, in realtà copre solo una frazione dell’estensione dell’ammasso e in particolare il settore centrale. Il James Webb Space Telescope ancora una volta ha colto l’eredità di Hubble e spinto oltre lo sguardo, sia in profondità che in ampiezza (fig. 2).

I colori sono stati assegnati sulla base dei filtri utilizzati in acquisizione, che restituiscono immagini in scala di grigi, in particolare:

filtro F115W, banda passante 1,013 – 1,282 μm e filtro F150W, banda passante 1,331 – 1,668 μm; colore associato: blu;

filtro F200W, banda passante 1,755 – 2,227 μm e filtro F277W, banda passante 2,423 – 3,132 μm; colore associato verde;

filtro F356W, banda passante 3,135 – 3,981 μm e filtro F444W, banda passante 3,881 – 4,982 μm, colore associato: rosso.

Le galassie dell’ammasso Pandora appaiono nell’immagine come nucleoli bianchi circondati da un esteso alone lattiginoso e campeggiano circondate da un affollatissimo pullulare di altre galassie, molte notevolmente arrossate. Il conteggio effettuato ha enumerato oltre 50.000 emittenti nel vicino infrarosso, alcune mai censite nei cataloghi celesti.

L’immagine di Webb evidenzia lo spettacolare effetto di “lente gravitazionale” previsto dalla relatività generale e reso possibile dalla gigantesca concentrazione di massa costituita dall’ammasso Pandora che distorce ma soprattutto amplifica la luce proveniente dagli oggetti situati dietro l’ammasso e più lontani, permettendo alle capacità ottiche di Webb di migliorare ulteriormente quanto già magnificato dalla lente gravitazionale (affascinante considerare come una "centenaria" teoria speculativa, un effetto naturale non noto all'epoca ma da essa previsto e uno strumento costruito un secolo dopo concorrano a generare un’immagine che a sua volta schiude abissi di inconosciuto).

L’immagine è stata scrupolosamente indagata e più di un suo segreto è affiorato.

In particolare le analisi si sono concentrate su alcuni settori dell’immagine, dove l’effetto della lente gravitazionale rende rilevabili agli strumenti di Webb centinaia di galassie altrimenti troppo lontane e dove la distorsione dello spazio-tempo ne deforma l’aspetto rendendole simili a segmenti incurvati (fig. 2a).

Tra gli addensamenti apparenti di oggetti molto deboli individuati da Hubble cui è stato attribuito un elevato redshift fotometrico (z attorno ad 8, valore basato sulla valutazione della luminosità della sorgente passante attraverso un filtro colorato) un gruppo di ricercatori (Morishita T., Roberts-Borsani G. et al. 2023)¹ ha rideterminato il redshift tramite le rilevazioni effettuate da Webb con lo spettrografo NIRSpec (Near Infrared Spectrograph, descritto QUI), confermando un comune valore di redshift (z=7.88) per 7 delle galassie distanti riprese da Hubble.

La rilevazione spettrografica tramite NIRSpec ha permesso una determinazione “robusta” del valore di redshift, confermando quindi che l’addensamento delle 7 galassie non è solo apparente e conseguenza di un effetto prospettico ma che è anche reale.

L’elevato valore di redshift cosmologico ha condotto a situare l’ammasso ad appena 650 milioni di anni dopo il Big Bang, un vero e proprio proto-ammasso, un embrione di ciò che crescerà fino a divenire un vero grande ammasso con centinaia, forse migliaia di galassie.

Lo studio indica anche un valore dimensionale per il proto-ammasso: le 7 galassie sono confinate entro un raggio di circa 60 kpc, valore ottenuto dopo aver applicato la correzione dovuta all’effetto della lente gravitazionale di Abell 2744 (fig. 4).

I dati ottenuti con NIRSpec hanno permesso, per la prima volta, di ipotizzare anche un valore della velocità di dispersione di un proto-ammasso a così elevato redshift: 1100 km/s con una tolleranza di 200 km/s, valore comunque da ritenersi indicativo per una serie di assunzioni fatte nel calcolo, come avvisano gli autori stessi.

E’ stato stimato anche il limite inferiore della massa totale del proto-ammasso: 4 x 10¹¹ masse solari, da cui è stato poi ottenuto il suo limite inferiore a z=0. Proiettato nel tempo attuale il proto-ammasso dovrebbe arrivare a non meno di circa 2.2 x 10¹⁵ masse solari, comparabile alla massa stimata per l’ammasso della Chioma, uno dei più grandi raggruppamenti galattici noti (fig. 5).

Ma senza il penetrante sguardo di Webb, senza la teoria stravagante di un certo Einstein e senza l’ammasso Pandora, questo antichissimo proto-ammasso sarebbe rimasto nascosto nel profondo cosmo infrarosso.

A margine segnalo che al link https://webbtelescope.org/images/zoomable-pandoras-cluster è possibile immergersi nelle profondità dell’immagine dell’ammasso Pandora ripreso da Webb e riportato in fig. 2, sfruttando l’opzione di “zoom”.

 

1) https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/acb99e