Il JWST svela il celebre ammasso galattico MACS J1149

Splendido ritratto a infrarossi da Webb

Il 24 gennaio 2026 il James Webb Space Telescope (JWST) ha rilasciato una nuova e straordinaria immagine di MACS J1149.5+2223, un massiccio ammasso di galassie situato a circa cinque miliardi di anni luce di distanza nella costellazione del Leone. La fotografia, evidenziata come Immagine del Mese dal team di ricerca, mostra lunghi archi luminosi e immagini multiple di galassie sullo sfondo, prodotte dal potente effetto di lente gravitazionale dell'ammasso. Rispetto alle precedenti osservazioni di Hubble, la sensibilità e la risoluzione nell'infrarosso del JWST rivelano la struttura fine all'interno di quelle galassie magnificate — bracci di spirale, luminosi nodi di formazione stellare e fasce di polvere — esponendo al contempo una popolazione di deboli sorgenti rosse che probabilmente si trovano a un redshift molto elevato.

Un ammasso "celebre" con una storia

MACS J1149 si è guadagnato il suo soprannome attraverso decenni di studi. È stato uno dei bersagli del programma Hubble Frontier Fields ed è diventato famoso quando una supernova soggetta a lensing è riapparsa in immagini multiple — una drammatica dimostrazione della relatività generale e dell'effetto di ritardo temporale nel lensing forte. Questa eredità ha reso l'ammasso un obiettivo naturale per il JWST, che ora rivisita lo stesso campo con strumenti ottimizzati per l'infrarosso. I nuovi dati del JWST non aggiungono semplicemente pixel; espandono il valore scientifico di questo campo spingendo la frontiera osservabile per le galassie di fondo e migliorando la fedeltà della mappatura della massa nell'ammasso stesso.

La lente gravitazionale come sonda di precisione

Questi affinamenti sono importanti. Modelli di lente migliori riducono le incertezze quando gli astronomi traducono la luce magnificata in proprietà intrinseche come luminosità, dimensioni e tasso di formazione stellare. Consentono inoltre ai team di tracciare la distribuzione della materia oscura su scale più piccole, testando le previsioni di modelli di materia oscura concorrenti. Tuttavia, la costruzione dei modelli è ancora delicata: le degenerazioni nelle ricostruzioni delle lenti e la necessità di redshift spettroscopici per determinare con precisione le distanze rimangono fattori limitanti, quindi l'imaging del JWST deve essere combinato con la spettroscopia e dati multifrequenza per fornire stime di massa robuste.

Il vantaggio dell'infrarosso: osservare l'Universo primordiale

Il JWST opera principalmente nell'infrarosso, il che è fondamentale per osservare l'Universo primordiale. Poiché l'espansione cosmica allunga la luce dalle prime generazioni di galassie, le emissioni ultraviolette e visibili si spostano nell'intervallo di lunghezze d'onda del JWST. Le osservazioni nell'infrarosso illuminano quindi galassie che Hubble poteva solo accennare o perdere del tutto. Nel campo di MACS J1149, il JWST rileva numerose deboli sorgenti rosse i cui colori indicano un elevato redshift e una formazione stellare oscurata dalla polvere. Molti di questi oggetti sono visibili solo perché il lensing dell'ammasso li magnifica — un telescopio naturale che, combinato con la sensibilità del JWST, espone galassie nate entro il primo miliardo di anni dopo il Big Bang.

Le lunghezze d'onda dell'infrarosso penetrano inoltre la polvere in modo più efficace della luce ottica, rivelando una formazione stellare che altrimenti sarebbe oscurata. Questa capacità è centrale per le attuali questioni scientifiche: quali galassie hanno prodotto i fotoni ionizzanti che hanno posto fine alle "ere oscure" cosmiche durante la reionizzazione, e quanto presto sono cresciuti i buchi neri supermassicci? Le immagini del JWST di MACS J1149 includono già candidate galassie dell'epoca della reionizzazione e almeno un oggetto di fondo la cui massa del buco nero centrale dedotta appare sorprendentemente grande per la sua età — un risultato che, se confermato, sfiderà i modelli di crescita convenzionali.

CANUCS e la spettroscopia coordinata

L'immagine appena rilasciata proviene dalla Canadian NIRISS Unbiased Cluster Survey (CANUCS), un programma del JWST che combina imaging profondo con spettroscopia di follow-up. CANUCS utilizza NIRCam per l'imaging ad alta risoluzione e NIRISS e NIRSpec rispettivamente per la spettroscopia senza fenditura e con fenditura. Gli spettri sono essenziali perché i soli colori dell'imaging non possono determinare distanze precise. I redshift spettroscopici rivelano quanto l'Universo si sia espanso da quando la luce ha lasciato ogni galassia e identificano le righe di emissione che diagnosticano la formazione stellare, la metallicità e la presenza di buchi neri attivi.

Il programma CANUCS punta intenzionalmente a galassie deboli e di piccola massa a redshift elevato perché queste sono promettenti contributrici alla reionizzazione, ma sono state storicamente poco studiate. L'abbinamento della spettroscopia con l'imaging del JWST non solo assicura le distanze, ma rafforza anche i modelli di lente: ogni immagine multipla confermata spettroscopicamente diventa un punto di ancoraggio nella ricostruzione della massa. Il risultato è un ciclo iterativo in cui mappe migliori migliorano l'interpretazione delle galassie di fondo, e campioni spettroscopici migliori migliorano le mappe.

Contesto multifrequenza e il ruolo di altri osservatori

Sebbene il JWST fornisca dettagli senza precedenti nell'infrarosso, una comprensione completa di MACS J1149 richiede altre lunghezze d'onda. Le osservazioni a raggi X del Chandra X-ray Observatory tracciano il gas caldo intraccatasta e rivelano dove si concentra la massa barionica; i dati radio da array come il Very Large Array mostrano jet ed emissioni non termiche che possono segnalare nuclei attivi. Immagini composite che combinano i livelli di raggi X, ottici e radio con la vista a infrarossi del JWST forniscono un quadro a più componenti dell'ammasso: galassie, gas caldo, plasma relativistico e l'alone di materia oscura dedotto dal lensing mappano tutti su un unico sistema fisico.

Tale sinergia multifrequenza non è puramente estetica. Le differenze tra la posizione della massa (dal lensing), del gas caldo (dai raggi X) e delle galassie (nell'ottico/IR) possono informare gli astronomi sulla storia di assemblaggio dell'ammasso e sulle interazioni tra barioni e materia oscura. Ad esempio, gli offset tra i picchi di materia oscura e i picchi di raggi X possono vincolare le proprietà collisionali della materia oscura — un approccio reso famoso da altri ammassi in fusione — e i vincoli del lensing del JWST aggiungono precisione a questi test.

Cosa aspettarsi in futuro

L'immagine del JWST di MACS J1149 è un invito a ulteriori approfondimenti. CANUCS continuerà a raccogliere spettroscopia e ad ampliare il campione di galassie ad alto redshift confermate dietro l'ammasso. I modellisti incorporeranno i nuovi dettagli strutturali nelle ricostruzioni delle lenti e rianalizzeranno oggetti precedentemente individuati, come i buchi neri primordiali insolitamente massicci. Allo stesso tempo, gli osservatori combineranno i dati del JWST con Chandra, gli array radio e le immagini d'archivio di Hubble per produrre mappe integrate di barioni e materia oscura.

A medio termine, ammassi come MACS J1149 continueranno a fungere da telescopi naturali per il JWST e per le strutture successive, amplificando le galassie più deboli e rendendo più nitida la nostra visione dell'era della reionizzazione. Il nuovo ritratto di Webb è quindi sia una pietra miliare che uno strumento: un'immagine bellissima che stringe anche la presa osservativa su alcune delle domande più profonde della cosmologia, dal comportamento della materia oscura alla nascita delle prime galassie e dei primi buchi neri.

Fonti

• James Webb Space Telescope / NASA, ESA & CSA (osservazioni JWST e programma CANUCS)
• Space Telescope Science Institute (eredità Hubble Frontier Fields)
• Chandra X‑ray Center / Smithsonian Astrophysical Observatory (osservazioni a raggi X)
• National Radio Astronomy Observatory (dati radio del Very Large Array)
• National Research Council Canada (contributi all'immagine: C. Willott)
• INAF — Osservatorio Astronomico di Roma (contributi all'immagine: R. Tripodi)