Le galassie mature dell’universo bambino: ipotesi dello sviluppo

Lo studio sulle galassie mature già presenti nell’universo giovane è stato pubblicato su Astronomy & Astrophysics.




Grandi, grosse e vecchiotte

Galassie mature: art
Galassie mature: Illustrazione artistica di una galassia nell’universo primordiale, molto polverosa, che mostra i primi segni di un disco di rotazione. In questa immagine, il colore rosso rappresenta il gas e il blu / marrone rappresenta la polvere come si vede nelle onde radio tramite ALMA. Molte altre galassie sono visibili sullo sfondo, sulla base dei dati ottici di VLT e Subaru. (credits: B. Saxton NRAO/AUI/NSF, ESO, NASA/STScI; NAOJ/Subaru under CC3.0)

C’erano galassie mature all’inizio del nostro universo. Molte più di quanto ci aspettassimo. Infatti, un team internazionale di astronomi ha studiato 118 galassie distanti utilizzando l’ Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un radiointerferometro. Ha scoperto che la maggior parte delle galassie ha iniziato la propria formazione circa 13,6 miliardi di anni, ma il nostro universo ne ha 13,8. Questo perché quando l’universo era solo al 10% della sua età attuale c’è stata una “crescita esplosiva” delle galassie. In questo periodo (1-1.5 miliardi di anni dopo il Big Bang) le galassie hanno accumulato la maggior parte del loro materiale stellare e altre caratteristiche interne come le polveri, gli elementi pesanti e le forme a disco o spirale. Così, se vogliamo comprendere la nostra Via Lattea e come è diventata quella che conosciamo, dobbiamo studiare quest’epoca remota.

In principio erano mature

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Galassie mature: Queste sono due delle galassie nell’universo primordiale che ALMA ha osservato nelle onde radio. Le galassie sono considerate più “mature” che “primordiali” perché contengono grandi quantità di polvere (gialla). ALMA ha anche rivelato il gas (rosso), che viene utilizzato per misurare la formazione stellare oscurata e i moti nelle galassie.(Credits: B. Saxton NRAO/AUI/NSF, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), ALPINE teamunder CC 3.0)

Con un sistema chiamato ALPINE (ALMA Large Program to Investigate C+ at Early Times), un team internazionale ha studiato 118 galassie lontane che avrebbero subito la crescita esplosiva dell’universo iniziale. “Sorprendentemente, molte di queste erano ben più mature di quanto ci aspettassimo” commenta Andreas Faisst del Infrared Processing and Analysis Center (IPAC). I ricercatori considerano le galassie più “mature” che “primordiali” quando contengono parecchi elementi pesanti e polveri. “Non ci aspettavamo fossero così presenti nelle galassie esaminate” continua Faisst. Polvere ed elementi pesanti (tutti quelli più pesanti di idrogeno ed elio) sono difatti il prodotto finale di stelle morenti. Eppure nell’universo giovane non c’era letteralmente tempo per far compiere questo processo.

Eppur si invecchia

“Dagli studi precedenti” spiega l’autore Daniel Schaerer “avevamo compreso che le galassie giovani hanno poche polveri. Invece, circa il 20% delle galassie assemblatesi in questo periodo sono già ricche di polveri ed elementi pesanti, tanto da oscurare in parte i raggi UV delle stelle appena nate”. Molte delle galassie hanno ricevuto un’identificazione intermedia. La loro maturità relativa è data dalla diversità delle loro strutture, che sembrano iniziare a mostrare i segni di un disco di rotazione. Studiarle ci permetterebbe di osservare come si è formato il disco e le spire della nostra Via Lattea. Per John Silverman, co autore, la cosa più sorprendente è che queste galassie giovani e vecchie insieme sono spesso ordinate e illese. Secondo il ricercatore infatti, molte galassie all’inizio della loro vita sono caotiche e irregolari per via delle loro numerose collisioni.

Il passato prevede il futuro

ALPINE è la prima indagine che ha permesso agli astronomi di studiare un numero significativo di galassie nell’universo primordiale e mostra che potrebbero evolversi più velocemente del previsto. Ma gli scienziati non capiscono ancora come queste galassie siano cresciute così velocemente e perché alcune di loro abbiano già dischi rotanti. Le indagini sulle galassie nell’universo primordiale usano comunemente telescopi ottici e infrarossi. Questi consentono la misurazione della formazione stellare non oscurata e delle masse stellari. Tuttavia, questi telescopi hanno difficoltà a misurare le regioni oscurate dalla polvere, dove si formano le stelle, o i movimenti del gas in queste galassie. L’occhio attento di ALMA ha avuto un ruolo cruciale perché il radiotelescopio può vedere la formazione stellare occultata dalla polvere. In aggiunta traccia il movimento del gas emesso dalle regioni di formazione stellare. Per saperne di più sulle galassie lontane, gli astronomi vogliono puntare ALMA verso le singole galassie per un tempo più lungo.



Piccoli, grandi record

“Vogliamo vedere esattamente dove si trova la polvere e come si muove il gas. Vogliamo anche confrontare le galassie polverose con altre alla stessa distanza e capire se può esserci qualcosa di speciale in quegli ambienti”, ha aggiunto Paolo Cassata dell’ Università di Padova. ALPINE è il primo e il più grande sondaggio multi-lunghezza d’onda delle galassie nell’universo primordiale. Per un ampio campione di galassie, il team ha raccolto misurazioni in ottica (tra cui Subaru, VISTA, Hubble, Keck e VLT), infrarossi (Spitzer) e radio (ALMA). Sono necessari studi a più lunghezze d’onda per avere un quadro completo di come sono costruite le galassie. “Un’indagine così ampia e complessa è possibile solo grazie alla collaborazione tra più istituti in tutto il mondo”, ha affermato il co-autore Matthieu Béthermin, ricercatore del Laboratoire d’Astrophysique de Marseille.



Daniele Tolu

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