MACS J0454.1-0300: Webb fotografa un ammasso di galassie dorato e i suoi archi gravitazionali

Un ammasso dorato e archi arancioni distorti

Le galassie dorate sparse nell’immagine appartengono a MACS J0454.1-0300. Vediamo l’ammasso com’era quando l’universo aveva circa 8 miliardi di anni: la sua luce ha quindi viaggiato per poco meno di 6 miliardi di anni. Questo è un nostro calcolo (13,8 meno 8 fa 5,8), non un dato dell’ESA. Le galassie dorate sono ellittiche, e la più grande e luminosa si trova al centro.

Il colore dorato ha una ragione fisica, anche se i colori dell’immagine sono convenzionali. Le galassie ellittiche contengono poco gas da cui formare nuove stelle, quindi la loro luce viene soprattutto da stelle vecchie e fredde, che emettono di più alle lunghezze d’onda maggiori. L’immagine combina dieci bande tra 0,9 e 4,4 micrometri, quasi tutte nell’infrarosso, e rende con colori più rossi le bande di lunghezza d’onda maggiore: per questo galassie del genere appaiono dorate.

Gli archi arancioni a sinistra non fanno parte dell’ammasso. Sono galassie molto più lontane, e la gravità dell’ammasso ne ha allungato la forma in archi. Inoltre l’espansione dello spazio ha spostato la loro luce verso il rosso, cioè verso lunghezze d’onda maggiori. Webb è molto più sensibile di Hubble a questa luce, e per questo mostra centinaia di galassie assenti in un’immagine dello stesso ammasso ripresa da Hubble nel 2014.

Come un ammasso fa da lente, e a che cosa si riferisce il «300 volte»

Un ammasso è una massa enorme, e la massa devia il cammino della luce. Se l’allineamento è abbastanza preciso, la luce di una galassia sullo sfondo può raggiungerci lungo più percorsi deviati. Il risultato sono archi e, a volte, immagini multiple dello stesso oggetto. Per avere quattro o più immagini di una galassia serve un allineamento preciso, che secondo ESA/Webb si verifica solo nel 10–20% degli ammassi.

La lente non rende più luminosa nessuna porzione della sorgente, ma la distende su un’area di cielo più grande, e un’area più grande, a parità di luminosità superficiale, ci invia più luce. L’ingrandimento è il rapporto tra l’area dell’immagine e quella della sorgente: un’immagine con un’area 300 volte maggiore raccoglie 300 volte più luce. L’ingrandimento è massimo vicino a certe linee del cielo chiamate curve critiche. Per una sorgente ideale, puntiforme, la teoria prevede lì un ingrandimento illimitato; una sorgente reale ha dimensioni finite, quindi il suo ingrandimento resta finito, e più la sorgente è piccola, più alto può diventare. Per questo i valori più alti riguardano piccoli addensamenti, non galassie intere.

Il valore di 300 riguarda piccoli addensamenti luminosi all’interno delle galassie di sfondo deformate dalla lente, alcuni ampi appena 5 anni luce, che in certi casi appaiono ingranditi più di 300 volte. Grazie alla lente, Webb può studiare oggetti troppo deboli perché il suo specchio di 6,5 metri, da solo, riesca a coglierli.

Che cosa rivela questo campo e quali sono i prossimi passi

Nel campo compaiono immagini multiple di galassie dell’universo giovane: un gruppo visto 2 miliardi di anni dopo il Big Bang e una singola galassia vista appena 800 milioni di anni dopo. Il gruppo sembra in fase di fusione, e la fusione pare aver innescato un intenso episodio di formazione stellare. In MACS J0454.1-0300 la rara configurazione di quattro o più immagini della stessa sorgente compare due volte, cosa mai osservata prima in uno stesso ammasso.

I dati provengono da due programmi di Webb. Il primo, guidato da L. Furtak (programma 5058), cerca singole stelle ingrandite da lenti gravitazionali nel primo miliardo di anni dell’universo. In questo ammasso il programma tornerà a osservare più volte una galassia deformata dalla lente, alla ricerca di singole stelle ingrandite moltissimo; queste osservazioni devono ancora avvenire, e il testo dell’ESA non riporta risultati. Il secondo, guidato da S. Fujimoto (programma 6882), punta a osservare un ampio campione di ammassi di galassie a molte lunghezze d’onda, per studiare come è cominciata la formazione stellare nelle prime galassie.

Dove si trova, e che cosa puoi vedere con i tuoi occhi

L’ammasso si trova in Orione, ad ascensione retta 4h 54m e declinazione −3° (l’equivalente celeste di longitudine e latitudine), poco a sud dell’equatore celeste: per questo è visibile da entrambi gli emisferi. Da Roma sale al massimo a circa 45° sopra l’orizzonte sud. All’inizio di dicembre si trova dalla parte del cielo opposta al Sole, quindi raggiunge la massima altezza verso mezzanotte.

Vederlo di persona è un’altra storia. Il database SIMBAD attribuisce alla galassia più luminosa dell’ammasso una magnitudine di 18,1 nella banda I, nel vicino infrarosso, e nessuna galassia dell’ammasso vi figura più luminosa della magnitudine visuale (V) 19. Galassie così deboli sono fuori dalla portata dell’occhio anche con i telescopi amatoriali: secondo una diffusa regola empirica, un telescopio da 40 centimetri arriva più o meno alla magnitudine 15, e la magnitudine 19 è circa 40 volte più debole. Gli archi dell’immagine sono visibili grazie alla sensibilità di Webb nell’infrarosso: nessun oculare potrà mostrarli.