JWST scopre M1149-BSG-z5: la galassia a spirale barrata più distante mai vista

Formazione stellare a pieno regime. M1149-BSG-z5 si trova sulla sequenza principale delle galassie che formano stelle al suo redshift, o leggermente al di sopra. Il suo tasso di formazione stellare è di circa 144 masse solari all'anno, il che significa che sta costruendo nuove stelle a un ritmo furioso . Sia la regione della barra che i bracci a spirale sono attivamente impegnati nella formazione stellare.

Un nucleo galattico attivo. Il buco nero supermassiccio centrale sembra essere attivo, ma è sorprendentemente piccolo rispetto alla massa stellare della galassia: un rapporto buco nero/massa stellare di circa 0,001, a fronte dello 0,1–0,2% tipico delle galassie locali . La sua metallicità è circa il 50% di quella solare .

Perché questa scoperta rivoluziona l'evoluzione delle galassie

Non è solo un nuovo record. L'esistenza di una spirale barrata completamente formata a z = 5,102 sfida direttamente i modelli consolidati di evoluzione galattica .

Le simulazioni cosmologiche standard prevedevano che le barre stellari – quelle bande luminose e lineari di stelle e gas che attraversano i centri delle galassie a spirale – avessero bisogno di diversi miliardi di anni per formarsi e stabilizzarsi. L'idea era che il disco di una galassia dovesse prima assestarsi in uno stato relativamente calmo e supportato dalla rotazione prima che le instabilità gravitazionali potessero innescare la formazione della barra. Si pensava che ciò avvenisse principalmente dopo z ≈ 1–2 (circa 6–10 miliardi di anni dopo il Big Bang).

M1149-BSG-z5 sconvolge questa cronologia. Mostra un nucleo, una barra e un disco ben definiti – una struttura galattica matura – appena un miliardo di anni dopo l'alba cosmica . È l'ultima di una serie di scoperte del JWST (tra cui CEERS-2112 a z ≈ 3 e COSMOS-74706 a z ≈ 4 ) che stanno costringendo a riscrivere la storia.

Come ha potuto formarsi così presto?

Il team di ricerca propone due meccanismi principali, che probabilmente agiscono insieme :

1. Instabilità gravitazionale in un disco ricco di gas e dominato dalla materia barionica. Nell'universo primordiale, le galassie erano molto più ricche di gas e turbolente di oggi. In un disco denso, ricco di gas freddo e con la regione centrale dominata dalla materia ordinaria (barionica) piuttosto che dalla materia oscura, possono innescarsi rapide instabilità gravitazionali. Queste possono guidare la formazione della barra in tempi brevi, dell'ordine di poche centinaia di milioni di anni, senza bisogno di un disco stellare preesistente e maturo.

2. Spinta ambientale. M1149-BSG-z5 è stata trovata nel campo dell'ammasso di galassie MACS J1149+2223, una regione con una densità di galassie superiore alla media. La spettroscopia JWST rivela una vicina compagna a un redshift simile . Le interazioni di marea o le fusioni minori con tali compagne potrebbero aver innescato o accelerato la formazione della barra.

Gli autori concludono che il percorso più probabile è una combinazione: un disco ricco di gas e dominato dalla materia barionica che è diventato rapidamente instabile, con un certo aiuto da interazioni ambientali di lieve entità .

Il nuovo record e cosa ci aspetta

M1149-BSG-z5 a z = 5,102 supera ora i precedenti detentori del record:

• CEERS-2112 a z ≈ 3 (circa 2,1 miliardi di anni dopo il Big Bang)
• COSMOS-74706 a z ≈ 4 (circa 1,5 miliardi di anni dopo il Big Bang)

Ogni scoperta del JWST ha spinto l'epoca di formazione delle barre sempre più indietro nel tempo. La tendenza suggerisce che le galassie a disco ben ordinate – comprese le spirali barrate come la nostra Via Lattea – potrebbero essere comuni molto prima di quanto chiunque avesse previsto.

Il prossimo passo sarà confermare il risultato con spettroscopia aggiuntiva e cercare galassie barrate ancora più antiche. Se le barre possono formarsi così rapidamente, il JWST potrebbe presto trovarle a z > 6, ben all'interno della sua portata osservativa.

In sintesi

M1149-BSG-z5 è la galassia a spirale barrata più distante mai trovata, ed esisteva poco più di un miliardo di anni dopo il Big Bang. La sua rapida formazione mette in discussione la nostra comprensione di come le galassie costruiscono la loro struttura, puntando a processi turbolenti e ricchi di gas che possono assemblare galassie dall'aspetto maturo molto più velocemente di quanto i modelli avessero permesso. L'immagine classica che vede le barre come un fenomeno tardivo non è più sostenibile – e il JWST ha appena iniziato.