Uno studio del JWST collega i Little Red Dots a galassie giovani e compatte

Gli astronomi che studiano i misteriosi Little Red Dots del James Webb Space Telescope hanno spostato l’attenzione dai brillanti centri degli oggetti alle galassie che li circondano. La loro analisi suggerisce che i dots si trovino all’interno di galassie insolitamente compatte e relativamente poco massicce, nelle quali è in corso un’intensa formazione stellare.

I risultati, riportati da Space.com, potrebbero contribuire a spiegare perché gli oggetti compaiano nell’universo primordiale ma non siano più osservati dopo che il cosmo ha raggiunto un’età di circa due miliardi di anni. La ricerca è stata pubblicata su Nature Astronomy alla fine di agosto.

Un enigma dell’universo primordiale

I Little Red Dots, o LRD, sono piccole sorgenti distanti individuate nelle osservazioni del JWST. Il loro aspetto compatto e la forte luminosità hanno portato i ricercatori a discutere su che cosa li alimenti. Tra le possibilità ci sono buchi neri in rapida crescita, intense fasi di formazione stellare o una combinazione delle due.

Jorge Zavala, dell’University of Massachusetts Amherst e membro del gruppo di ricerca, ha dichiarato a Space.com che gli astronomi non hanno trovato oggetti simili agli LRD nell’universo vicino. Ciò fa pensare che possano rappresentare una fase temporanea nello sviluppo delle galassie o dei buchi neri, piuttosto che una classe permanente di oggetti cosmici.

La maggior parte degli studi precedenti si è concentrata sulla sorgente centrale di radiazione, poiché domina la luce rilevata da ciascun LRD. Questo nucleo luminoso, talvolta descritto come il motore centrale dell’oggetto, è anche la parte la cui natura fisica resta incerta. La galassia circostante è molto più debole, il che rende difficile esaminarla separatamente.

Il nuovo studio ha utilizzato immagini del JWST di 217 LRD per cercare quella più debole emissione circostante. I ricercatori interpretano la luce fioca come luce stellare proveniente dalle galassie che ospitano gli oggetti compatti. Studiare queste galassie ospiti offre un modo per chiedersi se gli LRD siano associati a particolari condizioni o ambienti galattici, invece di comparire indipendentemente da ciò che li circonda.

Galassie compatte con formazione stellare attiva

Dalla luce delle galassie ospiti, il gruppo ha stimato le dimensioni tipiche e le masse stellari dei sistemi. Le galassie sembrano avere un diametro di circa 1.400 anni luce. Rispetto ad altre galassie con formazione stellare osservate a una distanza simile e nella stessa epoca primordiale, sono circa 2,5 volte più compatte.

Le galassie ospiti sembrano contenere anche relativamente pochi elementi più pesanti dell’idrogeno e dell’elio. Gli astronomi si riferiscono collettivamente a questi elementi più pesanti come metalli, indipendentemente dal fatto che siano metallici nel senso comune del termine. Una minore metallicità è prevista nei sistemi cosmici più giovani, prima che generazioni successive di stelle abbiano arricchito i loro dintorni.

Nel complesso, le dimensioni compatte, la formazione stellare attiva e la bassa metallicità indicano galassie con densità particolarmente elevate. Condizioni di questo tipo potrebbero favorire potenti esplosioni di nascita stellare. Zavala ha dichiarato a Space.com che ciò apre alla possibilità che il fenomeno degli LRD sia collegato, o persino generato, da un’intensa attività di formazione stellare.

Il risultato non stabilisce se siano i buchi neri o le stelle a fornire la principale fonte di energia di un LRD. Offre tuttavia ai ricercatori un possibile collegamento tra gli oggetti e lo stato fisico delle loro galassie ospiti. Gli ambienti densi potrebbero inoltre contribuire a spiegare le ipotesi che coinvolgono stelle estremamente massicce, sia come contributo all’emissione centrale osservata sia come possibili progenitrici di buchi neri.

Cosa potrebbero rivelare le prossime osservazioni

I ricercatori affermano che il lavoro attuale costituisce un indizio importante, ma non una spiegazione completa. Restano da chiarire se ogni galassia o buco nero attraversi una fase simile a quella degli LRD, che cosa diventino infine questi oggetti e se prediligano regioni dell’universo particolarmente dense. Non è inoltre chiaro se condizioni insolite della materia oscura svolgano un ruolo.

Una difficoltà consiste nel separare la luce della galassia ospite da quella del motore centrale. Lo studio si è basato sulla fotometria, che misura la quantità di luce osservata. Il lavoro futuro potrebbe utilizzare la spettroscopia, che distribuisce quella luce lungo le sue diverse lunghezze d’onda. Poiché molecole differenti assorbono ed emettono a lunghezze d’onda caratteristiche, la spettroscopia potrebbe rivelare la temperatura, la composizione e altre proprietà fisiche del gas nelle galassie ospiti.

Anche la scomparsa apparente degli LRD nell’universo più recente potrebbe avere una spiegazione chimica. Le galassie vicine hanno generalmente attraversato miliardi di anni di evoluzione, lasciando il loro gas più arricchito di elementi pesanti. Queste condizioni alterate potrebbero rendere meno probabili o più difficili da identificare i processi associati agli LRD.

Un’altra possibilità sarebbe cercare galassie vicine che assomiglino alle galassie ospiti primordiali. La loro relativa vicinanza permetterebbe ai ricercatori di esaminarne in maggiore dettaglio la struttura e la chimica. Questo lavoro richiederebbe osservazioni condotte a più lunghezze d’onda e dati provenienti da telescopi diversi.

Per ora, il JWST ha fornito prove del fatto che le galassie che circondano i Little Red Dots potrebbero essere centrali per risolvere il mistero. Comprendere queste deboli galassie ospiti potrebbe mostrare se gli LRD siano soprattutto una firma della crescita dei buchi neri, una conseguenza di breve durata dei violenti episodi di formazione stellare o una fase determinata da entrambi i fenomeni.