COSMOS-Webb: alla scoperta delle prime strutture dell’Universo

Quando il nuovo Telescopio Spaziale James Webb (JWST), il più grande telescopio spaziale di sempre, diventerà operativo nel 2022, una delle sue attività principali sarà mappare le prime strutture dell’Universo. Lo farà grazie a COSMOS-Webb, il più grande programma osservativo selezionato per il primo anno di attività di JWST.

COSMOS-Webb è animato da una collaborazione internazionale che coinvolge circa 50 studiosi, e che include anche l’Università di Bologna con Margherita Talia, ricercatrice al Dipartimento di Fisica e Astronomia “Augusto Righi”. "Studiare l’epoca della re-ionizzazione nell'Universo primordiale, osservare nel dettaglio le galassie mature ad alto redshift e stimare la quantità di materia oscura sono i tre principali obiettivi che speriamo di raggiungere", dice Talia.

Il grande specchio del Telescopio Spaziale James Webb, la sensibilità dal vicino al medio infrarosso, l’imaging ad alta risoluzione e la spettroscopia permetteranno agli astronomi di cercare le prime galassie, esplorare la formazione di stelle e misurare le proprietà fisiche e chimiche di sistemi planetari (Immagine: NASA, ESA, and A. Feild - STScI)

Nel corso delle circa 210 ore di osservazioni previste con il Telescopio Spaziale James Webb, gli studiosi di COSMOS-Webb cercheranno di portare a termine l’ambizioso progetto di osservare mezzo milione di galassie nel vicino infrarosso, ad alta risoluzione, e 32.000 galassie nel medio-infrarosso: un numero ad oggi senza precedenti.

“La portata di questo programma è entusiasmante”, dice la responsabile di COSMOS-Webb Jeyhan Kartaltepe, del Rochester Institute of Technology (USA). “Dal primo anno di osservazioni di JWST scaturiranno molte nuove scoperte, che gli astronomi potranno poi esplorare più in profondità nelle attività successive: grazie a COSMOS-Webb la regione di cielo che analizzeremo diventerà quella privilegiata per condurre questo tipo di nuove ricerche”.

Il programma mapperà un’area di cielo pari a 0,6 gradi quadrati – circa l’area di tre lune piene – utilizzando lo strumento chiamato NIRCam, che opera nel vicino infrarosso. Allo stesso tempo sarà anche mappata un’area più piccola, pari a 0,2 gradi quadrati, con lo strumento MIRI, che opera invece nel medio infrarosso. Tutti i dati raccolti saranno resi pubblici, per dar modo all’intera comunità astrofisica di utilizzarli per studi futuri. “Il programma COSMOS-Webb ha la potenzialità di essere rivoluzionario in modi che non abbiamo ancora neanche immaginato”, dice Caitlin Casey, dell’Università del Texas (USA) e co-responsabile del programma. “Non possiamo sapere quali sorprese potremo scoprire grazie ad un telescopio incredibile come JWST”.

L'area di cielo mappata dal programma COSMOS-Webb utilizzando lo strumento NIRCam nel vicino infrarosso e lo strumento MIRI nel medio infrarosso (Immagine: J. Kartaltepe/RIT; C. Casey/UT Austin; A. Koekemoer)

I principali obiettivi di COSMOS-Webb sono tre. Il primo riguarda l’epoca della re-ionizzazione: un periodo che si colloca fra 400.000 e 1 miliardo di anni dopo il Big Bang, quando la formazione delle prime stelle e delle prime galassie produsse una tale quantità di energia da re-ionizzare l’Universo primordiale. Questo processo è probabilmente avvenuto per fasi in piccole “tasche”, e COSMOS-Webb mira a tracciare la scala di queste “bolle” di re-ionizzazione.

Poi c’è il tema delle galassie mature ad alto redshift: formazioni di cui l’Hubble Space Telescope ha già trovato alcuni esempi e che pongono delle sfide agli attuali modelli di nascita dell’Universo. Ora, grazie al Telescopio Spaziale James Webb, gli studiosi sperano di riuscire ad individuare molti più oggetti di questo tipo per poterli studiare in dettaglio.

Infine, sfruttando le distorsioni della luce attorno alle galassie dovute alla gravità, gli studiosi puntano a stimare la quantità di “materia oscura”, ovvero la materia che non riusciamo a vedere. I dati raccolti con il progetto COSMOS-Webb forniranno informazioni importanti su come la materia oscura si è evoluta nelle galassie rispetto al loro contenuto stellare nel corso della vita dell'Universo.