Quando il cosmo aveva appena compiuto un decimo della sua età attuale, una galassia spirale perfettamente organizzata stava già formando stelle a un ritmo vertiginoso. La scoperta di questo sistema, battezzato Alaknanda in onore di un fiume himalayano affluente del Ganga, sfida le attuali teorie sulla formazione galattica e costringe gli astronomi a riconsiderare profondamente i tempi e i meccanismi attraverso cui l'universo ha costruito le sue strutture più complesse. Identificata a soli 1,5 miliardi di anni dal Big Bang, questa galassia presenta caratteristiche morfologiche che secondo i modelli consolidati avrebbero dovuto richiedere svariati miliardi di anni per svilupparsi.
La ricerca, condotta da Rashi Jain e Yogesh Wadadekar del National Centre for Radio Astrophysics del Tata Institute of Fundamental Research (NCRA-TIFR) di Pune, è stata resa possibile dalle straordinarie capacità infrarosse del James Webb Space Telescope (JWST) della NASA e i risultati sono stati pubblicati sulla rivista europea Astronomy & Astrophysics. Gli strumenti di Webb hanno permesso di scrutare attraverso miliardi di anni luce, catturando la luce emessa quando l'universo era ancora nella sua prima infanzia evolutiva, un'epoca in cui gli astronomi si aspettavano di trovare sistemi caotici e irregolari, non certo galassie mature con una morfologia ben definita.
Il paradosso scientifico che Alaknanda rappresenta risiede nella sua struttura. Le galassie spirali di tipo "grand-design", caratterizzate da due bracci perfettamente simmetrici e ben delineati, necessitano normalmente di processi evolutivi lunghi e graduali: accrescimento stabile di gas, formazione di un disco rotante, emergere di onde di densità che scolpiscono i bracci spirali, e soprattutto l'assenza di collisioni maggiori che potrebbero distruggere queste delicate architetture stellari. Eppure Alaknanda mostra già due bracci prominenti che avvolgono un nucleo centrale luminoso, estendendosi per circa 30.000 anni luce, e produce stelle a un ritmo eccezionale di 60 masse solari all'anno, circa venti volte superiore all'attuale tasso della Via Lattea.
L'analisi spettrale condotta attraverso 21 filtri diversi ha rivelato dettagli sorprendenti sulla storia evolutiva di questa galassia. Circa metà delle stelle contenute in Alaknanda si sono formate in appena 200 milioni di anni, un intervallo temporale estremamente breve su scale cosmiche. La massa stellare totale raggiunge i dieci miliardi di masse solari, un accumulo impressionante realizzato in poche centinaia di milioni di anni. Come sottolinea Rashi Jain, "Alaknanda possiede la maturità strutturale che associamo a galassie di miliardi di anni più vecchie", una constatazione che mette in crisi i quadri teorici attuali sui tempi di formazione galattica.
La rilevazione di Alaknanda è stata favorita da un fenomeno naturale previsto dalla relatività generale di Einstein: il lensing gravitazionale. La galassia si trova infatti allineata dietro Abell 2744, un massiccio ammasso galattico noto anche come Pandora's Cluster, la cui immensa gravità curva e amplifica la luce degli oggetti retrostanti. Questo effetto di lente gravitazionale ha raddoppiato la luminosità apparente di Alaknanda, permettendo agli strumenti di JWST di distinguere chiaramente la sua struttura spirale. Le osservazioni sono state condotte nell'ambito dei programmi UNCOVER e MegaScience, che sfruttano proprio questi allineamenti cosmici fortuiti per studiare galassie altrimenti troppo deboli da osservare.
Il metodo osservativo adottato dai ricercatori indiani rappresenta un esempio di precisione nell'astrofisica moderna. Combinando immagini catturate attraverso numerosi filtri che isolano specifiche lunghezze d'onda, è stato possibile determinare con accuratezza non solo la distanza della galassia, ma anche parametri fondamentali come il contenuto di polveri, la massa stellare totale e l'evoluzione temporale del tasso di formazione stellare. Questa tecnica fotometrica multi-banda consente di ricostruire la storia evolutiva di oggetti cosmici distanti con un livello di dettaglio prima irraggiungibile.
Alaknanda non è un caso isolato nel panorama delle scoperte recenti di JWST, ma si distingue come uno degli esempi più nitidi di galassia spirale grand-design nell'universo primordiale. Webb ha già rivelato diversi dischi galattici sorprendentemente maturi a grandi distanze, alimentando un dibattito scientifico sempre più acceso sulla rapidità con cui le strutture cosmiche hanno raggiunto la complessità. Come evidenzia Yogesh Wadadekar, "in qualche modo, questa galassia è riuscita a raccogliere dieci miliardi di masse solari di stelle e organizzarle in un bellissimo disco spirale in poche centinaia di milioni di anni", una velocità straordinaria per gli standard cosmici che richiede una revisione dei modelli di formazione galattica.
La questione scientifica centrale riguarda ora i meccanismi fisici responsabili della formazione dei bracci spirali in Alaknanda. Due ipotesi principali emergono dal dibattito: la prima suggerisce che flussi costanti di gas freddo abbiano permesso alle onde di densità di scolpire naturalmente i bracci attraverso instabilità gravitazionali nel disco rotante. La seconda possibilità invoca l'interazione mareale con una galassia compagna più piccola, passata abbastanza vicino da innescare il pattern spirale, sebbene tali spirali mareali tendano generalmente a dissolversi rapidamente. Per distinguere tra queste alternative, i ricercatori propongono osservazioni di follow-up utilizzando gli strumenti spettroscopici di JWST o l'Atacama Large Millimeter Array (ALMA) in Cile, che potrebbero rivelare se il disco presenta una rotazione ordinata (dinamicamente "freddo") o segni di turbolenza (dinamicamente "caldo").
Le implicazioni di questa scoperta si estendono ben oltre la cosmologia osservativa, toccando questioni fondamentali sull'evoluzione dell'universo e sull'emergere della complessità cosmica. Se galassie strutturate potevano assemblarsi così rapidamente, l'universo primordiale si configura come un ambiente molto più attivo e produttivo di quanto ipotizzato, con conseguenze potenzialmente significative anche per la formazione di sistemi planetari. La timeline dell'evoluzione cosmica, che collega la nascita delle prime stelle alla comparsa di pianeti rocciosi come la Terra, potrebbe richiedere una ricalibrazione sostanziale alla luce di evidenze come Alaknanda.