Il James Webb Space Telescope della Nasa, lanciato il 25 dicembre 2021, sta esplorando incessantemente il nostro universo. Con la sua potenza senza precedenti nel rilevare e analizzare la luce infrarossa altrimenti invisibile, il telescopio ha raccolto quasi 550 terabyte di dati, producendo oltre 1.600 articoli di ricerca. Ecco 10 risultati selezionati dalla Nasa.
1. L’universo si è evoluto molto più velocemente di quel che si pensava
Webb è stato progettato specificamente per osservare l’alba cosmica (cosmic dawn), un periodo durante i primi miliardi di anni dell’universo in cui si formarono le prime stelle e galassie. Ciò che ci si aspettava di vedere erano alcune galassie di debole intensità luminosa, embrioni di quelle attuali. Invece, Webb ha rivelato galassie sorprendentemente luminose che si sono sviluppate entro 300 milioni di anni dal Big Bang, e anche galassie con buchi neri che sembrano di gran lunga troppo massicci per la loro età e una galassia neonata simile alla Via Lattea che esisteva quando l’universo aveva solo 600 milioni di anni.
Centinaia di milioni di anni potrebbero non sembrare pochi, ma l’universo ha circa 13,8 miliardi di anni di età. Se condensassimo tutto il tempo cosmico in un anno, la più distante delle galassie osservate dal Webb si sarebbe sviluppata nel giro di un paio di settimane, formando rapidamente molteplici generazioni di stelle e arricchendo l’universo con gli elementi che vediamo oggi. Il Webb ha trovato svariate galassie di questo tipo, a solo qualche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang. Uno scenario difficilmente immaginabile fino a tre anni fa.
2. Lo spazio è costellato da enigmatici puntini rossi
Webb ha rivelato un nuovo tipo di galassie, misteriosamente compatte e luminose, rosse, soprannominate Little Red Dots (“Puntini Rossi”). Cosa rende queste galassie così luminose e così rosse? Sono illuminate da densi raggruppamenti di stelle insolitamente luminose o da gas che cade a spirale verso un buco nero supermassiccio, o da entrambi? E che fine hanno fatto? I Little Red Dots sembrano essere apparsi nell’universo circa 600 milioni di anni dopo il Big Bang e sono rapidamente diminuiti di numero un miliardo di anni dopo. Si sono evoluti in qualcos’altro? Se sì, in che cosa? Webb sta analizzando questi corpi celesti più in dettaglio per rispondere a queste domande.
3. Webb conferma la “tensione di Hubble”
A che velocità si sta espandendo l’universo? È difficile dirlo, perché diversi metodi di calcolo dell’attuale tasso di espansione producono risultati diversi: un dilemma noto come “tensione di Hubble”. Queste differenze sono solo il risultato di errori di misurazione o c’è qualcosa di strano nell’universo? Finora, i dati di Webb indicano che la tensione di Hubble non è causata da errori di misurazione. Il telescopio spaziale ha anche scoperto una supernova lontana, soggetta a lente gravitazionale, la cui immagine appare in tre posizioni diverse e in tre momenti diversi durante la sua esplosione. Calcolare il tasso di espansione in base alla luminosità della supernova in questi tre momenti diversi fornisce un controllo indipendente sulle misurazioni effettuate con altre tecniche. Finché la questione della tensione di Hubble non sarà risolta, Webb continuerà a misurare oggetti diversi ed esplorare nuovi metodi.
Un esempio di sonificazione con i dati di Webb (Sonification Credit: NASA, ESA, CSA, STScI, and Kim Arcand (CXC/SAO), Matt Russo & Andrew Santaguida (SYSTEM Sounds), Quyen Hart (STScI), Claire Blome (STScI), and Christine Malec (consultant); Image Credit: NASA, ESA, CSA, and STScI).
4. Le atmosfere dei pianeti giganti
Mentre il telescopio spaziale Hubble ha effettuato la prima rilevazione di gas nell’atmosfera di un esopianeta gigante gassoso (un pianeta al di fuori del nostro sistema solare), Webb ha portato gli studi a un livello completamente nuovo. Webb ha rivelato in uno di questi pianeti un ricco cocktail di sostanze chimiche, tra cui acido solfidrico, ammoniaca, anidride carbonica, metano e anidride solforosa. Webb è stato anche in grado di esaminare i climi esotici dei giganti gassosi, rilevando per esempio fiocchi di “neve” di silice nei cieli del gigante gassoso WASP-17 b (qui un esempio).
5. Vedute inedite delle atmosfere degli esopianeti rocciosi
Rilevare un sottile strato di gas che circonda un piccolo pianeta roccioso non è un’impresa facile, ma la straordinaria capacità di Webb di misurare variazioni estremamente sottili nella luminosità della luce infrarossa lo rende possibile. Finora, Webb è stato in grado di escludere la presenza di un’atmosfera significativa su diversi pianeti rocciosi e ha trovato interessanti tracce di monossido di carbonio o anidride carbonica su 55 Cancri e, un mondo lavico che orbita attorno a una stella simile al Sole.
6. Primi piani mozzafiato delle galassie a spirale vicine
Sapevamo già che le galassie sono aggregati di stelle, pianeti, polvere, gas, materia oscura e buchi neri: città cosmiche dove le stelle si formano, vivono, muoiono e vengono riciclate nella generazione successiva. Ma non eravamo mai stati in grado di osservare la struttura di una galassia e le interazioni tra le stelle in modo così dettagliato. La visione a infrarossi di Webb rivela filamenti di polvere che delineano i bracci a spirale, vecchi ammassi stellari che formano i nuclei galattici, astri di nuova formazione ancora racchiusi in densi bozzoli di polvere e gas incandescenti, e ammassi di giovani stelle calde che scavano enormi cavità nella polvere.
7. Nane brune e pianeti erranti
Le nane brune si formano come le stelle, ma non sono abbastanza dense o calde da fondere l’idrogeno nel loro nucleo. I pianeti vagabondi si formano come altri pianeti, ma sono stati espulsi dal loro sistema e non orbitano più attorno a una stella. Webb ha individuato centinaia di oggetti simili a nane brune nella Via Lattea e ne ha persino individuati alcuni candidati in una galassia vicina. Ma alcuni di questi oggetti sono così piccoli – solo poche volte la massa di Giove – che è difficile capire come si siano formati. Si tratta forse di pianeti giganti gassosi che fluttuano liberamente? Qual è la quantità minima di materiale necessaria per formare una nana bruna o una stella? Non ne siamo ancora certi, ma grazie a tre anni di osservazioni di Webb, ora sappiamo che esiste una continuità di oggetti che va dai pianeti alle nane brune alle stelle.
8. Sopravvivere alla morte della propria stella
Quando una stella come il Sole muore, si gonfia fino a formare una gigante rossa abbastanza grande da inghiottire i pianeti vicini. Quindi perde i suoi strati esterni, lasciando dietro di sé un nucleo rovente che prende il nome di nana bianca. Esiste una distanza di sicurezza entro cui i pianeti possono sopravvivere a questo processo? Webb potrebbe aver trovato alcuni pianeti in orbita attorno a nane bianche. Se questi candidati fossero confermati, significherebbe che è possibile che i pianeti sopravvivano alla morte della loro stella, rimanendo in orbita attorno alla nana bianca che resta.
9. I geyser di Encelado
Tra i mondi ghiacciati del nostro Sistema solare, la luna di Saturno Encelado potrebbe essere la più intrigante. La missione Cassini della NASA ha rilevato per prima pennacchi di vapore che fuoriuscivano dal suo Polo sud, ma solo Webb ha potuto rivelare le vere dimensioni del fenomeno: questi geyser generano una vasta nube che si estende per oltre 9.600 chilometri, circa 20 volte più ampia di Encelado stesso. Quest’acqua si diffonde in un’area a forma di ciambella che circonda Saturno oltre gli anelli visibili con i telescopi amatoriali. Mentre una frazione dell’acqua rimane lì, la maggior parte si diffonde in tutto il sistema di Saturno, riversandosi persino sul pianeta stesso. Le osservazioni di Webb su anelli, aurore, nubi, venti, ghiacci, gas e altri materiali e fenomeni del Sistema solare ci stanno aiutando a comprendere meglio di cosa è fatto il nostro vicinato cosmico e come è cambiato nel tempo.
Animazione che visualizza i geyser di Encelado e il loro impatto sul sistema di Saturno (NASA, ESA, CSA, G.Villanueva/NASA’s Goddard Space Flight Center, A.Pagan/STScI, L.Hustak/STScI).
10. A caccia di asteroidi potenzialmente pericolosi
Nel 2024 gli astronomi hanno scoperto un asteroide che, in base a calcoli preliminari, aveva una probabilità di colpire la Terra. Webb è stato in grado di misurare l’oggetto, che si è rivelato avere le dimensioni di un edificio di 15 piani. Sebbene questo particolare asteroide non sia più considerato una minaccia per la Terra, lo studio ha dimostrato la capacità di Webb di valutare il rischio rappresentato da oggetti di questo tipo.
Webb ha fornito anche supporto alla missione Dart (Double Asteroid Redirection Test) della Nasa, che si è schiantata deliberatamente contro il sistema binario di asteroidi Didymos, dimostrando che un impatto pianificato poteva deviare un asteroide in rotta di collisione con la Terra. Sia Webb che Hubble hanno osservato l’impatto e registrato la conseguente espulsione di materiale.
E il futuro?
Nonostante tutte le scoperte che ha già fatto, Webb ha ancora davanti a sé almeno vent’anni di attività. In tre anni di osservazioni, questo eccezionale strumento ha già fornito molte risposte e soprattutto ha sollevato nuove domande, aprendo nuove vie alla ricerca. Non ci resta che restare in attesa dei nuovi dati, e delle nuove scoperte che l’universo – attraverso lo sguardo del Webb – ci riserverà.
Link e approfondimenti
• L’intervista su Josway al premio Nobel John Mather, padre del James Webb Space Telescope (Jwst), alla vigilia del lancio dello strumento. Interessante confrontare le aspettative degli scienziati prima della missione con i risultati ottenuti dopo.
• Il sito della Nasa (in inglese e con le foto) da cui è tratto questo articolo.
• Un articolo sulla sonificazione con i dati di Webb.
