COSMOS-z3.1-A, il proto-superammasso che mostra come nascono le più grandi strutture cosmiche

COSMOS-z3.1-A è un proto-superammasso eccezionalmente massiccio e ancora in formazione, osservato a redshift 3,1: la luce che riceviamo lo mostra quando l’Universo aveva circa 2,1 miliardi di anni. È il più lontano progenitore noto di un superammasso di galassie, cioè l’antenato di una gigantesca struttura composta da più ammassi galattici. 912

Una massa enorme, ma un futuro stimato

La massa di COSMOS-z3.1-A è stimata in circa 5.000 volte quella della Via Lattea. In base a simulazioni e stime della massa che la struttura potrebbe raggiungere nel tempo, gli astronomi ritengono che possa evolvere, entro l’epoca attuale, in un sistema più massiccio dell’Ammasso della Chioma (Coma Cluster), uno dei più grandi ammassi di galassie dell’Universo vicino. 29

È importante distinguere tra osservazione e previsione: la massa futura non è misurata direttamente, ma deriva da modelli che collegano le regioni molto dense dell’Universo primordiale alle loro possibili discendenti cosmiche. 24

Non un unico ammasso, ma una rete in costruzione

COSMOS-z3.1-A non appare come un ammasso sferico, compatto e ormai stabilizzato. È invece composto da vari nuclei di protocluster — addensamenti di galassie in formazione — distribuiti su circa 90 × 70 × 60 megaparsec comoventi. Da questi nuclei si estendono strutture filamentose, probabilmente canali lungo cui materia e galassie affluiscono verso le zone più dense. 2

Questa configurazione lo colloca in un nodo particolarmente estremo della rete cosmica, l’enorme trama di filamenti e vuoti che organizza la materia nell’Universo. La sua rarità dipende proprio dalla combinazione di epoca molto antica e densità eccezionalmente elevata. 212

Come è stato individuato

Il programma ODIN ha cercato concentrazioni di galassie che emettono la riga Lyman-alfa, una firma utile per rintracciare galassie lontanissime. Le osservazioni a banda stretta, soprattutto con la Dark Energy Camera (DECam), hanno permesso di identificare gli addensamenti candidati. 4

In seguito, le osservazioni spettroscopiche di DESI su grandi aree e i follow-up mirati con Gemini South/GMOS e Keck II/DEIMOS hanno confermato le distanze delle galassie. Questo passaggio è essenziale: trasforma un’apparente concentrazione vista sul piano del cielo in una mappa tridimensionale della struttura e dei filamenti che la collegano. 2

Una conferma della crescita “dal basso verso l’alto”

La scoperta è coerente con il modello gerarchico della formazione cosmica: prima nascono piccoli aloni di materia oscura e gruppi di galassie; poi questi si aggregano e attirano nuova materia lungo i filamenti, fino a formare ammassi e superammassi.

COSMOS-z3.1-A mostra proprio questa fase intermedia. Non è un colosso già completo, ma un insieme di protocluster distinti, immersi in una rete di filamenti che li alimenta. 212

Il legame — indiretto — con i risultati di JWST

Un risultato separato ottenuto con il telescopio spaziale James Webb (JWST) riguarda le singole galassie massicce dell’Universo primordiale. Gli spettri di un piccolo campione indicano che alcune potrebbero contenere molte più stelle piccole e deboli del previsto: una popolazione stellare detta “bottom-heavy”, ricca di stelle di bassa massa. Se l’indicazione fosse confermata su scala più ampia, le masse stellari stimate per alcune galassie potrebbero aumentare di circa tre o quattro volte. 1013

COSMOS-z3.1-A offre un possibile contesto ambientale per una rapida crescita delle galassie, perché rappresenta una regione densissima rifornita dai filamenti cosmici. Tuttavia non risolve da solo la questione sollevata da JWST: costruire rapidamente un grande ambiente dominato dalla materia oscura non basta a spiegare nel dettaglio come le galassie abbiano prodotto stelle con quella particolare distribuzione di masse.

Il prossimo passo: trovare molte più strutture simili

Il Legacy Survey of Space and Time (LSST) del Vera C. Rubin Observatory, avviato dall’osservatorio in Cile, fornirà immagini profonde, ripetute e su un’area molto vasta del cielo. Potrà ampliare notevolmente il catalogo di candidati protocluster ad alto redshift e consentire studi più sistematici dei loro ambienti. Per stabilire con precisione le posizioni tridimensionali e la storia dinamica delle strutture serviranno comunque osservazioni spettroscopiche. 1