Perché c’è una galassia normale ai margini dell’universo?

Aiutati da un trucco della gravità, gli astronomi hanno trovato una galassia normale. Un grosso problema, vero? 

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Aiutati da un trucco della gravità, gli astronomi hanno trovato una galassia normale. Un grosso problema, vero? Il fatto è che è dove che l’hanno scoperta che non è normale: la luce che ci giunge da essa è partita 12,4 miliardi di anni fa, il che significa che noi oggi la vediamo com’era quando l’Universo stesso aveva solo 1,4 miliardi di anni!
Questo è ciò che la rende così strana. Una galassia normale, così come vediamo le galassie moderne, non dovrebbe essere dovuta esistere quando l’universo era così giovane. Eppure, eccola lì.
La galassia si chiama SPT-S J041839–4751.9 (chiamiamola, per brevità, SPT0418) ed è stata scoperta in un’indagine del cielo utilizzando il South Pole Telescope, che guarda la luce a lunghezze d’onda millimetriche, molto oltre a ciò che i nostri occhi possono vedere. La galassia è stata segnalata come interessante in quel momento, poiché sembrava essere polverosa e stava producendo nuove stelle.
Le osservazioni di follow-up sono state effettuate utilizzando ALMA, l’Atacama Large Millimeter / submillimeter Array, che è molto più potente e ha una vista molto più acuta, per così dire. Quello che hanno visto è una delle prime cose strane su questa normale galassia.

L'immagine ALMA della galassia molto lontana SPT0418, distorta in un anello a causa della gravità di una galassia interposta. Credito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Rizzo et al.
L’immagine ALMA della galassia molto lontana SPT0418, distorta in un anello a causa della gravità di una galassia interposta tra noi e lei. Credito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Rizzo et al.

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Normale, eh? Eppure un anello! L’aspetto ad anello, però, è una specie di miraggio. Per coincidenza, quasi esattamente su una linea tra noi e SPT0418 c’è un’altra galassia, situata a circa 3 miliardi di anni luce da noi e quando la luce proveniente da SPT0418 ha attraversato questa galassia più vicina nel suo cammino verso di noi, il suo percorso è stato deviato dalla gravità di quest’ultima. Questo fenomeno si chiama lente gravitazionale e se ne conoscono molte. Distorcono la forma della galassia più lontana, a volte in più macchie o archi.

Distorcere la luce in un anello richiede un allineamento quasi perfetto, e questo è piuttosto raro. Anche se l’immagine della galassia più lontana ci arriva deformata, un grande vantaggio è che la luce viene amplificata, rendendo visibili le galassie deboli: non è possibile che questa galassia estremamente lontana sia osservabile in qualsiasi dettaglio senza una lente gravitazionale .
La lente gravitazionale è stata predetta dalle equazioni della relatività (a volte sono chiamati anelli di Einstein), e in un certo senso le equazioni possono essere invertite per ricavare il reale aspetto della galassia lontana. Gli astronomi, facendolo, hanno scoperto qualcosa di davvero interessante.

La forma della galassia SPT0418 costruita utilizzando modelli di come si comportano le lenti gravitazionali. Sembra essere una galassia a disco relativamente normale, nonostante la sua giovinezza e l'estrema velocità di formazione stellare. Credito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Rizzo et al.
La forma della galassia SPT0418 ricostruita utilizzando modelli di come si comportano le lenti gravitazionali. Sembra essere una galassia a disco relativamente normale, nonostante la sua giovinezza e l’estrema velocità di formazione stellare. Credito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Rizzo et al.

La galassia sembra … normale. Come una galassia a forma di disco che vedresti nelle vicinanze della nostra Via Latte. Ha un disco piatto di stelle, gas e polvere e persino un rigonfiamento centrale di stelle come la nostra galassia.

 
Ma è proprio per questo che è così strana. Gli studi teorici su come le galassie si formano ed evolvono nel tempo indicano che tali galassie starburst dovrebbero avere un aspetto piuttosto caotico, continuamente deformate dalla turbolenza creata quando le stelle vengono create a quella velocità. Stelle massicce emettono venti potenti, le supernove esplodono come lampi e tutta l’energia rilasciata dovrebbe spostare il gas nella galassia, rendendola di forma irregolare (inoltre,  all’inizio dell’Universo non c’era stato molto tempo per organizzarsi). La maggior parte delle galassie lontane che vediamo sono così. Il fatto che questa galassia abbia un disco che sembra essere abbastanza calmo e stabile è bizzarro.

Opere d'arte raffiguranti la Galassia Wolfe, un'enorme galassia a dischi simile alla Via Lattea che era già ben formata quando l'Universo aveva 1,5 miliardi di anni. Credito: NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello
Opere d’arte raffiguranti la Galassia Wolfe, un’enorme galassia a dischi simile alla Via Lattea che era già ben formata quando l’Universo aveva 1,5 miliardi di anni. Credito: NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello

È interessante notare, però, che questa galassia non è sola. All’inizio del 2020 gli astronomi hanno annunciato di aver trovato una galassia a disco all’incirca alla stessa distanza, chiamata Wolfe. Come questa, non si capisce come possa esistere in quella forma. Chiaramente, i modelli teorici devono essere incompleti. Ovviamente, c’è molto altro da imparare sulle galassie che esistono ai margini dell’Universo osservabile.
Osservare galassie come questa così lontane è quasi impossibile senza lenti gravitazionali, che sono casuali e scarsamente distanziate nel cielo. Ciò significa che è difficile guardare così lontano e vedere cosa sta succedendo, quindi dobbiamo fare affidamento sulla nostra teoria.
Ma costruendo telescopi sempre migliori come ALMA sembra che scopriremo che le cose sono diverse da quanto ci aspettiamo. Succede abbastanza spesso. Quindi trovare una galassia stranamente normale in un posto insolito è, stranamente normale!
Il compito ora è scoprire il perché.