Galassie distanti più mature di quanto atteso

Un team internazionale di astronomi, utilizzando l’Atacama Large Millimeter/submillimetr Array (ALMA), ha misurato 118 galassie distanti e ha dedotto che, nell’universo primordiale, le galassie di dimensioni maggiori erano più mature di quanto si era valutato in precedenza.

La maggior parte delle galassie si è formata nelle prime fasi dell’universo. La nostra galassia, per esempio, si sarebbe formata 13,6 miliardi di anni fa, rispetto a un universo con un’età di circa 13,8 miliardi di anni. Quando l’universo aveva un’età compresa tra 1 e 1,5 miliardi di anni, la maggior parte delle galassie è stata oggetto di una rapida crescita. In questo arco temporale, queste galassie hanno dato origine alla maggior parte della loro massa stellare e ad altre proprietà, come la polvere, la presenza di elementi pesanti, e la forma a disco spiraleggiante; tutte caratteristiche che vediamo nelle galassie attuali. Pertanto, se vogliamo conoscere in che modo si sono formate le galassie come la nostra Via Lattea, è importante studiare questa fase temporale.

Nell’ambito di un sondaggio chiamato ALPINE (un programma connesso al sistema ALMA), un gruppo internazionale di astronomi ha studiato 118 galassie, per le quali si è verificata una rapida crescita nelle fasi primordiali dell’universo. A detta dei ricercatori, è stato sorprendente scoprire che molte di queste galassie sono apparse più mature di quanto gli scienziati si aspettassero.

In termini tecnici le galassie sono considerate più mature che primordiali quando contengono una significativa quantità di polvere e di elementi pesanti. Andreas Faisst, uno dei componenti del team di astronomi, afferma che non si aspettavano di rilevare così tanta polvere galattica ed elementi pesanti in queste galassie così distanti. La polvere e gli elementi pesanti (definiti dagli astronomi tutti gli elementi più pesanti dell’idrogeno e dell’elio) sono considerati un sottoprodotto di stelle in disintegrazione. Ma, nell’universo primordiale, le galassie non avevano avuto molto tempo per dare origine a delle stelle, quindi anche gli astronomi non si aspettano di vedere molta polvere o elementi pesanti.

Da studi precedenti, si era compreso che le galassie di questo tipo fossero povere di polvere. Tuttavia, è stato rilevato che almeno il 20% delle galassie, che si sono costituite durante questa fase primordiale dell’universo, possedeva già una rilevante quantità di polvere e una significativa frazione della luce ultravioletta, proveniente da stella appena formatesi, veniva nascosta dalla polvere.

È stato inoltre ipotizzato che molte galassie fossero relativamente adulte perché mostravano delle strutture diverse, comprese i primi segnali di dischi ruotanti – che successivamente hanno portato alla formazione di galassie con una struttura a spirale, così come la Via Lattea. Alcune delle galassie osservate entrano in collisione fra di loro, ma nello stesso tempo vi sono innumerevoli galassie che ruotano in modo abbastanza ordinato, senza segni di collisione.

Il sistema ALMA ha già individuato alcune galassie molto distanti, come MAMBO-9 (una galassia con alta densità di polvere) e la Wolfe Disk (una galassia con un disco ruotante). Risulta però difficile stabilire se queste scoperte siano uniche, o se vi siano altre galassie simili a queste in altre regioni dell’universo. ALPINE è il primo sondaggio che permette agli astronomi di studiare un elevato numero di galassie, in corrispondenza dell’universo primordiale, e mostra che queste galassie si sono probabilmente evolute con una velocità superiore a quella attesa. Il problema è che gli scienziati non sono ancora riusciti a comprendere in che modo queste galassie siano cresciute così rapidamente, e perché alcune di loro presentano dei dischi ruotanti.

Le osservazioni effettuate con ALMA diventano cruciali per questa ricerca, perché il radiotelescopio riesce a vedere la formazione delle stelle che vengono nascoste dalla polvere e, quindi, tracciare il moto del gas emesso da quelle regioni dove si vanno a formare le stelle. Le indagini sulle galassie nell’universo primordiale generalmente utilizzano telescopi ottici e agli infrarossi. In questo modo è possibile misurare la formazione delle stelle e le masse stellari, non oscurate. Tuttavia, questi telescopi riscontrano delle notevoli difficoltà nel misurare regioni oscurate dalla polvere, dove si formano le stelle, o i moti dei gas all’interno di queste galassie. E qualche volta non vedono affatto una galassia. Con ALMA sono state osservate, per la prima volta, diverse galassie distanti, che non erano state rilevate nemmeno con il telescopio Hubble.

Per acquisire maggiori informazioni sulle galassie distanti, gli astronomi hanno puntato il sistema ALMA, per un lungo periodo di tempo, su singole galassie. Il loro obiettivo era quello di vedere dove fosse esattamente la polvere e come si muovesse il gas intorno. I ricercatori vogliono inoltre confrontare le galassie dense di polvere con altre galassie alla medesima distanza e capire se potrebbe esserci qualcosa di speciale nei loro ambienti.

ALPINE è il primo sondaggio di galassie nell’universo primordiale, oltre che quello con la più ampia lunghezza d’onda multipla. Per un buon numero di galassie, il team ha raccolto i risultati delle misure nel range delle frequenze ottiche (Subaru, Vista, Hubble…), dell’infrarosso e radio. Per costruire l’intero scenario che descrive come siano costruite le galassie, è necessario incrementare gli studi alle lunghezze d’onda multiple. Un’indagine così ampia e complessa è resa possibile grazie alla collaborazione tra diversi istituti a livello mondiale.

Fonte: phys.org