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Sulle Origini dell’Ossigeno: ALMA e JWST Caratterizzano il Mezzo Multi-fase, Arricchito in Metalli, all’Interno di una Galassia ‘Normale’ a $z > 11$

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Nuove Scoperte sull’Universo Primordiale: Un’Analisi congiunta ALMA e JWST

Un recente studio pubblicato su arXiv (arXiv:2507.22888v4) rivela nuove scoperte cruciali sulla formazione delle prime galassie, grazie all’uso combinato del telescopio spaziale James Webb (JWST) e dell’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). La ricerca si concentra su JADES-GS-z11-0, una galassia ‘normale’ a redshift $z > 11$, offrendo una prospettiva unica sull’universo primordiale.

Le osservazioni di ALMA hanno confermato la presenza della linea di emissione [O III] a 88 $\mu$m, con una significatività di $4.5\sigma$, precisamente al redshift rilevato da JWST/NIRSpec. Questo dato cruciale consente una misurazione precisa del redshift di $z_\text{[O III]} = 11.1221 \pm 0.0006$, affinando di oltre cinque volte le precedenti stime basate solo su NIRSpec. Questo risultato sottolinea l’importanza di considerare attentamente gli effetti dell’assorbimento di Lyman-$\alpha$ per evitare sovrastime sistematiche del redshift.

L’assenza di rilevamento del continuo di polvere da parte di ALMA implica un tasso di formazione stellare oscurato di $\text{SFR}_\text{IR} \lesssim 6 \, \mathrm{M_\odot \, yr^{-1}}$ e una massa di polvere di $M_\text{dust} \lesssim 1.0 \times 10^{6} \, \mathrm{M_\odot}$. La luminosità [O III] misurata da ALMA, $L_\text{[O III]} = (1.1 \pm 0.3) \times 10^{8} \, \mathrm{L_\odot}$, è in accordo con le relazioni di scala delle galassie nane a bassa metallicità. L’analisi congiunta dei dati MIRI e ALMA suggerisce che JADES-GS-z11-0 sia composta da due componenti a bassa massa in intensa formazione stellare, già arricchite in ossigeno (~20-30% solare) solo 400 milioni di anni dopo il Big Bang.

Paper: ArXiv.org

Fiori di muro cosmici: le origini circumgalattiche degli ammassi stellari ultra-compatti isolati a $z>7$

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Cosmic wallflowers: the circumgalactic origins of isolated ultra-compact star clusters at $z>7$

La scoperta di ammassi stellari con lenti gravitazionali ad alto redshift con il James Webb Space Telescope (JWST) ha rivelato sistemi estremamente compatti e massicci di formazione stellare in galassie a $z > 6$, aprendo una nuova finestra sulla formazione precoce degli ammassi. In questo lavoro, esaminiamo la formazione di ammassi stellari negli ambienti circumgalattici di galassie ricche di gas con masse stellari comprese tra $\sim$$10^{8}$ – $10^{11}$ M$_{\odot}$ a $z > 7$, utilizzando la simulazione idrodinamica cosmologica MassiveBlackPS con risoluzione di 2 pc. Identifichiamo 55 ammassi dominati dai barioni che si formano al di fuori dei dischi galattici ma all’interno del raggio viriale dell’alone primario. La formazione stellare in questi sistemi procede rapidamente, raggiungendo densità superficiali stellari di picco superiori a $10^{5}$ M$_{\odot}$ pc$^{-2}$, corrispondenti agli ammassi compatti recentemente scoperti da JWST nell’arco Cosmic Gems con lenti a $z \approx 9.6$. Tali densità estreme sono un prerequisito chiave per innescare collisioni stellari incontrollate, indicando che un sottoinsieme dei nostri ammassi sarebbe un probabile ospite di buchi neri di massa intermedia (IMBH). Troviamo che ammassi stellari massicci possono formarsi in modo efficiente nel mezzo circumgalattico in tempi brevi attraverso la frammentazione dei filamenti, per cui le alte densità di gas portano a un rapido collasso locale tramite una combinazione di instabilità termiche e gravitazionali. Questo percorso di formazione implica che alcuni ammassi compatti si sono formati nelle tranquille periferie delle galassie in formazione piuttosto che all’interno dei loro dischi. Piccole variazioni nelle proprietà dei filamenti, tra cui metallicità, densità e contenuto di materia oscura, influenzano la probabilità che un ammasso stellare sia in grado di formare un seme IMBH. La formazione di ammassi in ambienti circumgalattici indica un potenziale percorso evolutivo che collega i primi ammassi fuori disco, gli odierni ammassi globulari e i semi di BH massicci.

Paper: ArXiv.org