Le galassie più antiche nascondono molta più massa di quanto pensassimo

Molte più stelle piccole del previsto

In tutte e nove le galassie, la funzione iniziale di massa risulta più ricca di stelle poco massicce rispetto a quella tipica della Via Lattea: è una cosiddetta IMF bottom-heavy, letteralmente “pesante verso il basso”, perché privilegia il numero di stelle nella parte a bassa massa della distribuzione.

Le stelle nane emettono relativamente poca luce, ma possono rappresentare una quota importante della massa totale di una galassia. Di conseguenza, le stime ottenute applicando automaticamente un’IMF simile a quella della Via Lattea rischiano di sottovalutare la massa stellare complessiva.

L’effetto è particolarmente marcato per i due oggetti più antichi del campione, considerati discendenti delle galassie “impossibilmente precoci” osservate da JWST. Applicando la funzione iniziale di massa misurata dal team, la loro massa stellare stimata aumenta di un fattore compreso tra tre e quattro.

Una difficoltà in più per i modelli cosmologici

Il risultato rende ancora più impegnativo spiegare come si siano formate le galassie massicce dell’Universo primordiale. Una delle popolazioni stellari più antiche potrebbe essersi formata meno di 1,5 miliardi di anni dopo il Big Bang. Se anche la sua IMF fosse stata bottom-heavy al momento della formazione, la galassia progenitrice avrebbe dovuto assemblare una quantità di massa ancora maggiore e in tempi ancora più rapidi rispetto alle stime precedenti.

Le osservazioni di JWST hanno già identificato galassie massicce ed evolute in epoche molto remote, comprese galassie quiescenti confermate spettroscopicamente circa 1,25 miliardi di anni dopo il Big Bang. La loro rapida crescita mette sotto pressione i modelli di formazione ed evoluzione delle galassie; aumentare la massa reale stimata rafforza questa tensione, invece di attenuarla.

È importante però distinguere tra misura ed estrapolazione. I risultati solidi di questo studio riguardano nove galassie a redshift di circa 0,7. Il collegamento con i sistemi osservati entro circa 500 milioni di anni dal Big Bang è un’ipotesi sull’evoluzione delle loro progenitrici, non una misura diretta dell’IMF in galassie a redshift pari o superiore a 10.

Più stelle longeve, forse più pianeti?

Se una formazione stellare bottom-heavy fosse stata comune nell’Universo giovane, potrebbero essersi formate più stelle di piccola massa e lunga durata di quanto si pensasse. Queste stelle sono tra i potenziali ambienti ospitali per i pianeti; in linea di principio, ciò potrebbe aumentare le stime sul numero di sistemi planetari nati nelle prime epoche cosmiche. Lo studio, tuttavia, non misura direttamente la frequenza dei pianeti e non permette ancora di quantificare questo effetto.

Il prossimo passo sarà applicare la stessa strategia — spettri molto profondi e un’ampia copertura del resto-frame — a galassie sempre più lontane. L’obiettivo è arrivare vicino all’epoca delle prime stelle e verificare se l’eccesso di stelle poco massicce caratterizzasse anche le galassie più antiche dell’Universo.