Perché la storica immagine del James Webb guarda indietro nel tempo, fino a 13 miliardi di anni fa

Questa notte l'amministratore della NASA Bill Nelson e il presidente degli Stati Uniti Joe Biden hanno presentato in anteprima la prima immagine a colori dell'avanzatissimo Telescopio Spaziale James Webb (JWST), lanciato “fra le stelle” il giorno di Natale dello scorso anno. Com'era lecito aspettarsi si tratta di uno scatto assolutamente straordinario, una pietra miliare nella storia della ricerca astrofisica che ci pone innanzi al mistero e alla scioccante vastità dell'Universo. Il puzzle di punti luminosi e strutture discoidali / globulari che appaiono nella fotografia potrebbe apparire anonimo, se confrontato con i meravigliosi scorci di nebulose e galassie ottenuti col Telescopio Spaziale Hubble, eppure ciò che si vede è decisamente molto più significativo dal punto di vista scientifico. Basti sapere che la NASA ha indicato che siamo innanzi alla “visione più dettagliata dell'Universo primordiale mai ottenuta fino ad oggi”. Dunque, cosa vediamo esattamente in questa immagine? E perché è così pionieristica?

Innanzitutto il soggetto principale del Webb’s First Deep Field – il primo campo profondo catturato dal telescopio – è l'ammasso di galassie SMACS 0723, un insieme di giganteschi corpi celesti sito nel cuore della costellazione australe del Pesce Volante. Come si evince dall'immagine, alcune galassie hanno la forma tipica, ovvero discoidale, globulare e a spirale, come la Via Lattea, altre risultano incredibilmente allungate e distorte. La luce di molte di quelle regolari, che fanno parte del suddetto ammasso, ha impiegato 4,6 miliardi di anni per arrivare agli “occhi” del telescopio e poi ai nostri; quella delle galassie distorte, molto più remote, ci ha messo ben 13 miliardi di anni. Considerando che il Big Bang, l'evento che ha innescato l'espansione dell'Universo, si è verificato circa 14 miliardi di anni fa, ciò che stiamo ammirando è uno straordinario scorcio dell'Universo “bambino”, primordiale. La luce di questi oggetti appare distorta a causa del fenomeno della lente gravitazionale, dovuta all'ammasso SMACS 0723 che amplifica e allunga le fonti molto più distanti. Il lensing gravitazionale è una tecnica eccezionale non solo per vedere molto più lontano e in profondità (dunque nel passato), ma anche per scoprire pianeti extrasolari.

Come specificato dalla pagina di divulgazione scientifica "Chi ha paura del Buio", tra le galassie che si osservano nello scatto del Webb “ci sono le strutture sub-galattiche più lontane mai osservate in assoluto in banda infrarossa”. Alcuni ammassi globulari ripresi dal telescopio non erano mai stati osservati prima. Immaginate quanto c'è da scoprire nello spazio profondo, considerando che ciò che stiamo vedendo, come spiegato dalla NASA, è una porzione di cielo grande come un granello di sabbia alla distanza di un braccio. Anche la luce delle stelle che vediamo a occhio nudo giunge dal passato, tenendo presente che la luce viaggia a una velocità di circa 300mila chilometri al secondo e che questi oggetti si trovano ad anni luce di distanza da noi(cioè lo spazio percorso dalla luce in tot anni). Il sistema stellare più vicino al nostro, Proxima Centauri, si trova ad esempio a “soli” 4,3 anni luce di distanza. In questa foto possiamo ammirare la luce di oggetti che si trovano a 13 miliardi di anni luce. In questo preciso istante potrebbero non esistere più, essersi fusi con altri oggetti o chissà cosa; ciò che noi possiamo ammirare adesso è come erano appena un miliardo di anni dopo il Big Bang.

Lo straordinario campo profondo del James Webb è andato più a fondo e più lontano di quelli – pur straordinari – catturati col telescopio spaziale Hubble. A rendere ancor più incredibile questo risultato, il fatto che per ottenere l'immagine – un composito di fotografie scattate il 7 giugno 2022 – è stata sfruttata un'esposizione totale di 12,5 ore. Per i campi profondi più straordinari di Hubble servivano settimane di esposizione. Questa netta differenza è possibile perché il grande specchio primario del James Webb (da 6,5 metri) cattura molta più luce; la combinazione col sensore avanzatissimo della fotocamera NIRCam (Near-Infrared Camera) rende il nuovo telescopio decisamente più sensibile di Hubble. “L’immagine deriva da un’esposizione complessiva di 12.5 ore nelle lunghezze d’onda dell'infrarosso e raggiunge una profondità notevolmente superiore a quella ottenuta dai campi più estremi di Hubble, che richiesero settimane di integrazione”, ha spiegato l'astrofisico Gianluca Masi, responsabile scientifico del Virtual Telescope Project.

È importante sottolineare che i colori che vediamo sono falsi colori, dato che il Webb opera nel vicino infrarosso. Sono stati applicati diversi filtri chiamati F090W, F150W, F200W, F277W, F356W e F444W. A partire dalle 16:30 di oggi la NASA pubblicherà un primo pacchetto di scatti provenienti dallo spazio profondo. Inizialmente era previsto che tutte le foto fossero condivise nella conferenza stampa di oggi, tuttavia data l'eccezionalità del campo profondo – l'immagine con la più alta risoluzione mai scattata dell'Universo negli infrarossi – il presidente degli Stati Uniti Joe Biden ha deciso di mostrarla al mondo intero in anticipo in un evento dedicato.