Si può pensare che farsi sfuggire per decenni delle enormi galassie sia impossibile, eppure gli astronomi hanno appena individuato ben 39 nuove galassie lontane miliardi di anni luce, rimaste fino ad ora invisibili, cambiando così la nostra comprensione dell’Universo primordiale.
“Questa è la prima volta che una così grande popolazione di enormi galassie è stata confermata, risalgono ai primi 2 miliardi di anni della vita dell’universo. In precedenza non eravamo riusciti a vederle“, ha detto l’astronomo Tao Wang dell’Università di Tokyo.
“Questa scoperta è in contrasto con i modelli attuali per quel periodo di evoluzione cosmica e aiuterà ad aggiungere alcuni dettagli, che finora mancavano“.
L’Universo ha circa 13,8 miliardi di anni, il che significa, almeno in teoria, che possiamo scrutare il passato per vedere come erano le condizioni nel momento in cui si accesero le luci.
La luce di galassie poste a 10 miliardi di anni luce di distanza, ad esempio, impiega 10 miliardi di anni per viaggiare nello spazio per raggiungerci; quindi, quando vediamo qualcosa da così lontano, lo vediamo com’era 10 miliardi di anni fa.
In termini pratici, è molto più difficile. La luce più viene da lontano, più è debole quando ci raggiunge. Immaginiamo di vedere una torcia da una distanza di 10 metri e un’altra posta a oltre cento metri. Quest’ultima ci apparirà più piccola e più debole. A 1.000 metri, potremmo non essere nemmeno in grado di vederla ad occhio nudo.
E l’Universo si sta espandendo, il che allunga le onde luminose mentre viaggiano attraverso lo spazio, spostandole verso l’estremità rossa dello spettro. Questo fenomeno si chiama redshift, e più qualcosa è lontano, più lo spazio si espande tra noi e l’oggetto, aumentando così il redshift.
Quando il telescopio spaziale Hubble ha guardato più lontano che mai nello spazio-tempo per la sua serie di immagini Deep Field, ha catturato un ampio spettro di lunghezze d’onda, dall’ultravioletto al vicino infrarosso, catturando alcune delle galassie più distanti che abbiamo mai visto.
Ma queste galassie appena scoperte avevano un’ulteriore complicazione.
“Li abbiamo rilevati nella lunghezza d’onda dell’infrarosso medio e del submillimetro [tra infrarosso e microonde]“, ha spiegato Wang a ScienceAlert.
“Queste galassie sono così scure nell’ultravioletto al vicino infrarosso perché contengono un’enorme quantità di polvere che assorbe la luce a lunghezze d’onda più brevi“.
Immagine di Hubble Deep Field (a sinistra) e osservazioni ALMA nella lunghezza d’onda del submillimetro (a destra). (© 2019 Wang et al.)
A queste lunghezze d’onda, è difficile caratterizzare queste galassie. La spettroscopia, ad esempio, la tecnica utilizzata per determinare le proprietà delle stelle in base a uno spettro di radiazioni elettromagnetiche, diventa estremamente difficile con una gamma così limitata di lunghezze d’onda.
Tuttavia, i ricercatori sono stati in grado di determinare che queste galassie sono sostanziali, con una densità spaziale di due ordini di grandezza superiore alle galassie stellari estreme (la densità spaziale è la quantità di materiale cosmico – stelle, pianeti e così via – impacchettata nello spazio che una galassia occupa; alcune galassie sono più piene di altre).
Secondo le osservazioni, queste antiche, enormi galassie stanno ancora formando nuove stelle a una velocità 100 volte superiore a quella della Via Lattea oggi.
E più una galassia è massiccia, più enorme è il buco nero supermassiccio al suo interno. Uno studio all’inizio di quest’anno ci ha mostrato che questi buchi neri erano molto più comuni nell’universo primordiale di quanto pensassimo in precedenza, sfidando la nostra comprensione su come possano essersi formati così velocemente
Le galassie appena individuate sono un altro pezzo del puzzle.
“L’esistenza di questo gran numero di galassie imponenti e polverose è inaspettata negli attuali modelli o simulazioni, il che dimostra che l’Universo, nella sua prima fase di vita, poteva formare sistemi enormi in modo più efficiente di quanto pensassimo“, ha detto Wang a ScienceAlert. “Ciò comporta nuove sfide per teorici e modellisti“.
E aiutano anche a risolvere un altro problema che aveva infastidito gli astronomi: la grande popolazione di enormi galassie con bassi spostamenti verso il rosso. I precedenti sondaggi dell’Universo primordiale non avevano trovato abbastanza galassie per spiegare la formazione delle enormi galassie che avvenne in seguito.
Sulla base dei risultati ottenuti, il team ha stimato che sono molto numerose queste galassie ad alto spostamento verso il rosso con masse masse inferiori che non abbiamo ancora rilevato – forse circa 530 per grado quadrato di cielo (per capire, la Luna piena ha un diametro di mezzo grado se vista dalla Terra).
“La grande densità numerica di questa nuova popolazione di enormi galassie aiuterà a risolvere questa tensione“, ha detto Wang.
Il team sta pianificando di condurre ulteriori osservazioni con l’Aracama Large Millimeter / Submillimeter Array per cercare di ottenere informazioni più dettagliate sullo spostamento verso il rosso delle 39 galassie, nonché sui tassi di formazione delle stelle e sul contenuto di polvere.
Ma l’analisi spettroscopica delle galassie potrebbe dover attendere fino a quando il James Webb Space Telescope, successore di Hubble, verrà lanciato nel 2021.
“Sono impaziente che i prossimi strumenti per l’osservazione dell’universo, come il James Webb Space Telescope, comincino mostrarci come sono fatte davvero queste bestie primordiali“, ha concluso Wang.
La ricerca è stata pubblicata su Nature.
