Sono molto luminosi e molto rossi e risalgono a soli circa 600-800 milioni di anni dopo il Big Bang. I ricercatori hanno analizzato le misurazioni spettrali ovvero, la luce emessa alle diverse lunghezze d'onda. I risultati hanno evidenziato la presenza di tracce di vecchie stelle, vecchie di centinaia di milioni di anni, molto più vecchie di quanto previsto in un universo giovane.

Il team ha affermato di essere rimasto sorpreso anche dalle evidenze di enormi buchi neri supermassicci all'interno degli oggetti, da 100 a 1.000 volte più massicci del buco nero supermassiccio nella nostra galassia, la Via Lattea. Tali dimensioni non sono previste così presto nella storia dell'Universo, i cui attuali modelli indicano che le galassie e i rispettivi buchi neri crescono insieme nel corso di miliardi di anni di storia cosmica.

Le nuove scoperte sono state pubblicate sul Astrophysical Journal Letters.

"Abbiamo confermato che questi oggetti sembrano essere pieni di stelle antiche - vecchie di centinaia di milioni di anni - in un universo che ha solo 600-800 milioni di anni. Sorprendentemente, questi oggetti detengono il record per le prime tracce della vecchia luce stellare", ha detto Bingjie Wang, studioso presso la Penn State e autore principale dello studio.
"È stato del tutto inaspettato trovare vecchie stelle in un universo molto giovane. I modelli standard della cosmologia e della formazione delle galassie hanno avuto un successo incredibile, eppure questi oggetti luminosi non si adattano perfettamente a quelle teorie".

 

Storia della scoperta

I ricercatori hanno individuato per la prima volta gli enormi oggetti nel luglio del 2022, con il rilascio iniziale dei dati del JWST. Diversi mesi dopo il team pubblicava un articolo su Nature in cui annunciava la scoperta. All'inizio, la squadra sospettava che gli oggetti fossero galassie ma hanno proseguito lo studio con un'analisi spettrale per comprendere meglio le reali distanze e l'origine della loro luminosità. In questo modo, non solo è stato possibile confermare che si gli oggetti sono effettivamente galassie ma ha anche trovato prove dell’esistenza di buchi neri supermassicci sorprendentemente grandi e di una popolazione di stelle sorprendentemente antica.

"È molto confuso", ha detto Joel Leja, assistente professore di astronomia e astrofisica alla Penn State e coautore di entrambi gli articoli. "Puoi adattarlo in modo scomodo al nostro attuale modello dell'universo ma solo se evochiamo qualche formazione esotica e follemente rapida all'inizio del tempo. Questo è, senza dubbio, l'insieme di oggetti più peculiare e interessante che ho visto nella mia carriera".

 

Luce remota

Una sfida nell’analizzare la luce antica è che può essere difficile distinguere tra i tipi di oggetti che avrebbero potuto emetterla. Questi oggetti hanno chiare caratteristiche sia di buchi neri supermassicci che di vecchie stelle.

Tuttavia, ha spiegato Wang, non è ancora chiaro quanta della luce osservata provenga da ciascun gruppo, il che significa che queste potrebbero essere galassie primordiali che sono inaspettatamente vecchie e più massicce persino della nostra Via Lattea, formatesi molto prima di quanto previsto dai modelli. Oppure potrebbero essere più galassie di massa normale con buchi neri da 100 a 1.000 volte più massicci di quanto avrebbe una galassia del genere oggi.

"Distinguere tra la luce proveniente dal materiale che cade in un buco nero e la luce emessa dalle stelle in questi piccoli oggetti distanti è impegnativo", ha detto Wang. "L'incapacità di distinguere tra i dati attuali lascia ampio spazio all'interpretazione di questi oggetti intriganti. Onestamente, è emozionante avere ancora così tanto mistero da capire".

I ricercatori erano anche perplessi dalle dimensioni incredibilmente piccole di questi sistemi, larghi solo poche centinaia di anni luce, circa 1.000 volte più piccoli della Via Lattea. Le stelle sono numerose all’incirca quanto nella nostra galassia, con un numero compreso tra 10 miliardi e 1 trilione di stelle ma contenute in un volume 1.000 volte più piccolo della Via Lattea.

Leja ha spiegato che se prendessimo la Via Lattea e la comprimessimo fino alle dimensioni delle galassie trovate, la stella più vicina si troverebbe quasi nel nostro Sistema Solare. Il buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea, a circa 26.000 anni luce di distanza, si troverebbe a soli 26 anni luce dalla Terra e sarebbe visibile nel cielo come un gigantesco pilastro di luce.

Inoltre, "Normalmente i buchi neri supermassicci sono accoppiati con le galassie", ha detto Leja. "Crescono insieme e condividono le esperienze evolutive. Ma qui abbiamo un buco nero adulto completamente formato che vive all'interno di quella che dovrebbe essere una piccola galassia. Ciò non ha davvero senso perché queste cose dovrebbero crescere insieme o almeno questo è quello che pensavamo".

"Queste galassie primordiali sarebbero così dense di stelle, stelle che devono essersi formate in un modo che non abbiamo mai visto, in condizioni che non ci aspetteremmo mai e in un periodo in cui non ci aspetteremmo mai di vederle", ha detto Leja. "E per qualche motivo, l'universo ha smesso di produrre oggetti come questi dopo solo un paio di miliardi di anni. Sono unici per l'universo primordiale".

Ora, i ricercatori hanno in programma di acquisire spettri più profondi puntando il telescopio verso gli oggetti per periodi di tempo prolungati.