Il James Webb Space Telescope ha trovato molte più stelle piccole e deboli del previsto in alcune galassie massicce, abbastanza da cambiare sensibilmente la stima della loro massa stellare. Nel caso più estremo analizzato dai ricercatori, la differenza può arrivare a un fattore di circa quattro. La scoperta non significa che le galassie siano quattro volte più grandi, ma che potremmo aver sottostimato quanta materia è racchiusa nelle loro stelle meno luminose.
È un risultato particolarmente importante perché potrebbe rendere ancora più difficile spiegare alcune delle galassie molto massicce osservate dal James Webb nell’Universo giovane.
Il problema, in sostanza, è semplice da formulare: se abbiamo contato soprattutto le stelle che vediamo meglio, quanta massa potrebbe essere rimasta nascosta nelle stelle che quasi non vediamo?
Cosa ha scoperto James Webb
Lo studio, pubblicato il 18 agosto 2026 su Nature Astronomy, ha analizzato nove galassie massicce e quiescenti, cioè sistemi che avevano già sostanzialmente smesso di formare nuove stelle.
Gli astronomi hanno utilizzato gli spettri estremamente dettagliati ottenuti con NIRSpec, uno degli strumenti del James Webb, combinandoli con osservazioni precedenti del Very Large Telescope.
In questo modo sono riusciti a misurare qualcosa che normalmente è molto difficile distinguere a grandi distanze: la proporzione tra stelle molto luminose e stelle piccole, fredde e deboli.
Il risultato è che alcune delle galassie più massicce sembrano contenere molte più stelle di piccola massa rispetto a quanto previsto assumendo una popolazione stellare simile a quella della Via Lattea.
Lo studio pubblicato su Nature Astronomy parla di una initial mass function “bottom-heavy”, cioè una distribuzione particolarmente ricca di stelle di piccola massa.
| Cosa ha misurato lo studio | Risultato |
|---|---|
| Galassie analizzate | 9 galassie massicce quiescenti |
| Strumento principale | JWST NIRSpec |
| Dati aggiuntivi | Very Large Telescope, survey LEGA-C |
| Epoca osservata | circa z ≈ 0,7 |
| Risultato principale | eccesso di stelle di piccola massa nelle galassie più massicce |
| Caso più antico | formazione stellare risalente a z > 5 |
| Possibile effetto sulla massa | fino a circa 4 ± 1 volte rispetto ad alcune stime |
| Conseguenza | maggiore tensione con i modelli di formazione delle galassie |
Come può una galassia nascondere così tanta massa?
Per capirlo bisogna separare due concetti: luce e massa non sono la stessa cosa.
Una stella molto massiccia può essere enormemente più luminosa di una stella piccola.
Questo significa che osservando da miliardi di anni luce una galassia composta da miliardi di stelle, la luce delle stelle più brillanti tende a dominare lo spettro complessivo.
Le stelle piccole contribuiscono molto meno alla luminosità totale, ma se sono abbastanza numerose possono rappresentare una parte enorme della massa.
È un po’ come osservare una città da molto lontano durante la notte.
I grattacieli illuminati attirerebbero immediatamente l’attenzione, mentre migliaia di piccole abitazioni sarebbero molto più difficili da distinguere. Guardando soltanto la luce più evidente rischieremmo però di avere un’idea sbagliata di quante strutture compongono realmente quella città.
È sostanzialmente il problema affrontato dagli astronomi.
Perché fino a oggi queste stelle erano sfuggite
Gli astronomi non contano normalmente una per una le stelle contenute nelle galassie lontane.
A distanze cosmologiche sarebbe impossibile distinguerle individualmente nella maggior parte dei casi.
La massa stellare viene quindi stimata attraverso modelli che partono dalla luce osservata e ipotizzano quante stelle di ciascuna massa dovrebbero esserci.
Ed è proprio questa ipotesi che il nuovo studio mette in discussione.
Per molti calcoli viene utilizzata una distribuzione delle masse stellari simile a quella osservata nella Via Lattea.
In altre parole, conoscendo quante stelle grandi vediamo, stimiamo quante stelle più piccole dovrebbero accompagnarle.
Ma cosa succede se le galassie nate in condizioni molto diverse dalla nostra hanno prodotto stelle in proporzioni differenti?
La massa calcolata cambia.
Cos’è la Initial Mass Function e perché cambia i conti
La Initial Mass Function, abbreviata IMF, descrive la distribuzione delle masse con cui nasce una popolazione di stelle.
Non tutte le stelle nascono come il Sole.
Alcune hanno una frazione della sua massa, altre possono essere decine di volte più massicce.
Una IMF simile a quella della Via Lattea prevede moltissime stelle piccole e relativamente poche stelle grandi.
Una distribuzione definita bottom-heavy sposta ulteriormente questo rapporto verso le stelle di piccola massa.
Il James Webb ha permesso ai ricercatori di cercare negli spettri alcune deboli caratteristiche di assorbimento sensibili proprio alla presenza di queste stelle.
E il segnale indica che nelle galassie più massicce del campione le stelle piccole potrebbero essere molto più numerose del previsto.
È un risultato particolarmente interessante considerando quanto James Webb abbia già modificato la nostra visione dell’evoluzione galattica. Su Tech iCrewPlay abbiamo visto, per esempio, come Webb abbia individuato dischi galattici sottili e spessi in galassie molto lontane, mostrando che alcune strutture complesse si svilupparono prima di quanto fosse semplice prevedere.
Significa che tutte le prime galassie avevano quattro volte più massa?
No. Ed è una distinzione fondamentale.
Lo studio non ha osservato tutte le prime galassie dell’Universo e non ha stabilito che ognuna possieda quattro volte la massa precedentemente stimata.
Le nove galassie analizzate vengono osservate a un redshift intorno a z ≈ 0,7, quindi non stiamo vedendo direttamente i primissimi sistemi galattici comparsi dopo il Big Bang.
La parte interessante riguarda la loro storia.
La galassia più antica del campione sembra aver formato gran parte delle proprie stelle a z > 5, cioè quando l’Universo aveva meno di circa 1,5 miliardi di anni.
Ed è proprio questa galassia a mostrare una delle distribuzioni più fortemente dominate dalle stelle di piccola massa.
Secondo gli autori, potrebbe essere un discendente dello stesso tipo di galassie estremamente precoci e massicce che James Webb sta osservando nell’Universo giovane.
Se quelle galassie possedevano una distribuzione stellare simile, le loro masse potrebbero essere state sottostimate anche di un fattore vicino a quattro.
È un’ipotesi supportata dai nuovi dati, non una misura diretta di tutte le galassie primordiali.
Perché questo peggiora il problema delle galassie “troppo grandi troppo presto”
Da quando James Webb ha iniziato le osservazioni scientifiche, gli astronomi hanno trovato galassie sorprendentemente massicce e mature quando l’Universo era ancora molto giovane.
Ne abbiamo già parlato analizzando le galassie e i buchi neri osservati da James Webb che stanno mettendo alla prova i modelli cosmologici.
Il problema è il tempo.
Per costruire una galassia molto massiccia servono materia, formazione stellare e crescita. Se troviamo grandi quantità di stelle poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang, i modelli devono riuscire a spiegare come sia stato possibile produrle così rapidamente.
Aumentare ulteriormente la massa stimata non rende il problema più semplice.
Lo rende più difficile.
Se parte della massa delle prime galassie fosse rimasta nascosta perché composta da enormi quantità di stelle poco luminose, i modelli di formazione galattica dovrebbero spiegare come l’Universo abbia prodotto ancora più stelle in ancora meno tempo.
James Webb ha osservato direttamente le stelle nascoste?
Non nel senso di fotografare singolarmente miliardi di minuscole stelle.
La vera forza di questa ricerca sta nella spettroscopia.
NIRSpec separa la luce proveniente da una galassia nelle diverse lunghezze d’onda.
All’interno di questo spettro esistono minuscole caratteristiche prodotte dalle atmosfere delle stelle. Alcune sono particolarmente sensibili alla gravità superficiale e quindi aiutano a distinguere il contributo delle stelle piccole da quello delle giganti.
Sono segnali estremamente deboli.
Per riconoscerli sono serviti:
- spettri molto profondi del James Webb;
- dati complementari ottenuti da Terra;
- modelli dettagliati delle popolazioni stellari;
- tecniche di analisi capaci di isolare piccole differenze nello spettro complessivo.
È proprio il tipo di misurazione che fino a pochi anni fa era quasi impossibile effettuare con questa precisione su galassie tanto lontane.
Perché le stelle piccole contano così tanto
Le stelle di piccola massa sono poco appariscenti ma hanno alcune caratteristiche importanti.
Consumano lentamente il proprio combustibile e possono vivere molto più a lungo delle stelle massicce.
Una popolazione ricca di stelle piccole può quindi accumulare una grande quantità di massa senza produrre una quantità proporzionale di luce.
Questo cambia il cosiddetto rapporto massa-luminosità della galassia.
Due galassie che sembrano avere una luminosità simile potrebbero quindi possedere masse stellari molto differenti se le loro popolazioni di stelle non sono distribuite nello stesso modo.
Ed è esattamente per questo che la nuova misurazione può avere conseguenze ben oltre le nove galassie analizzate.
Cosa c’entrano i pianeti?
C’è poi una conseguenza molto più speculativa, ma interessante.
Molte stelle di piccola massa possiedono sistemi planetari.
La responsabile dello studio, Mariska Kriek, ha spiegato nel resoconto pubblicato dalla Penn State University che una maggiore abbondanza di stelle piccole nell’Universo giovane potrebbe implicare anche una maggiore formazione di pianeti rispetto a quanto ipotizzato finora.
Attenzione però al significato.
Il James Webb non ha trovato pianeti in queste nove galassie.
Non abbiamo nemmeno una misura diretta di quanti pianeti orbitassero intorno a queste stelle.
Il ragionamento è statistico: se in passato sono nate molte più stelle piccole di quanto pensassimo, aumenta potenzialmente anche il numero di sistemi intorno ai quali potrebbero essersi formati pianeti.
È quindi una conseguenza possibile del risultato, non una scoperta di mondi antichissimi.
Potrebbero essere esistiti pianeti molto prima di quanto pensassimo?
Possibilmente sì, ma per ora non possiamo quantificarlo.
La formazione dei pianeti dipende anche dalla quantità di elementi più pesanti dell’idrogeno e dell’elio disponibili nel materiale attorno alle giovani stelle.
Nell’Universo primordiale questi elementi erano molto meno abbondanti perché dovevano prima essere prodotti dalle generazioni precedenti di stelle.
La semplice presenza di numerose stelle piccole non basta quindi a dimostrare che intorno a ognuna si siano formati pianeti.
La scoperta rende però la domanda più interessante: quanto presto nella storia cosmica sono diventati comuni i sistemi planetari?
È un tema collegato direttamente alle osservazioni delle prime strutture stellari. Il James Webb ha già mostrato quanto rapidamente potessero formarsi sistemi estremamente densi, come quelli analizzati nell’arco delle Cosmic Gems, dove Webb ha distinto giovani ammassi stellari nell’Universo primordiale.
Il risultato cambia la cosmologia?
Non ancora.
Lo studio non dimostra che il modello cosmologico standard sia sbagliato.
Mostra piuttosto che una delle quantità fondamentali utilizzate per confrontare osservazioni e modelli, la massa stellare delle galassie, potrebbe avere in alcuni casi incertezze sistematiche maggiori di quanto supposto.
E paradossalmente la correzione potrebbe andare nella direzione più scomoda.
Una delle possibili spiegazioni iniziali delle galassie apparentemente troppo massicce osservate da Webb era infatti che le loro masse fossero state sovrastimate.
Il nuovo risultato mostra che, almeno per alcune popolazioni stellari, potrebbe verificarsi anche il contrario: una parte consistente della massa potrebbe essere nascosta in stelle molto deboli.
Questo non chiude il dibattito.
Lo rende più interessante.
Cosa devono verificare adesso gli astronomi
Il campione analizzato comprende soltanto nove galassie.
Il prossimo passaggio sarà applicare lo stesso metodo a sistemi ancora più lontani e più vicini temporalmente alle prime fasi dell’Universo.
È qui che arriverà il test decisivo.
Se anche le galassie osservate direttamente poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang mostrassero una IMF fortemente dominata dalle stelle di piccola massa, le stime delle loro masse dovrebbero essere riviste.
Se invece la distribuzione fosse differente, il risultato attuale potrebbe descrivere soltanto alcuni particolari percorsi evolutivi.
Gli autori intendono proprio estendere queste misurazioni a galassie più antiche.
Solo allora capiremo se le stelle che mancavano ai nostri conti rappresentano un’eccezione oppure un pezzo importante della storia dell’Universo.
Per ora James Webb ci ha mostrato qualcosa di meno spettacolare di una nuova immagine cosmica, ma forse più importante: guardare quanta luce produce una galassia non basta necessariamente a capire quanta massa stellare contiene.
E se lo stesso errore vale per alcune delle prime galassie osservate dal telescopio, il problema di come l’Universo sia riuscito a costruire strutture così grandi così rapidamente potrebbe essere ancora più difficile di quanto pensassimo.
