OSSERVATA APPENA 700 MILIONI DI ANNI DAL BIG BANG

Una galassia evoluta, polverosa e lontana

Si chiama A1689-zD1 ed è stata individuata nell’universo di 13 miliardi di anni fa.Le sue sorprendenti caratteristiche la rendono una galassia inusualmente evoluta in un'epoca così remota. Nel team internazionale di scienziati che ha compiuto la scoperta, pubblicata on line sul sito web della rivista Nature, c'è Anna Gallazzi, dell'INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri

L'immagine del telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA mostra il ricco ammasso di galassie Abell 1689. L'enorme concentrazione di massa deflette la luce proveniente dagli oggetti più lontani e può aumentarne la luminosità apparente e renderle osservabili. Uno di questi oggetti, A1689-zD1, si trova all'interno del riquadro - anche se è ancora così debole che si vede appena in questa immagine. Crediti: NASA; ESA; L. Bradley (Johns Hopkins University); R. Bouwens (University of California, Santa Cruz); H. Ford (Johns Hopkins University); and G. Illingworth (University of California, Santa Cruz)

L’immagine del telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA mostra il ricco ammasso di galassie Abell 1689. L’enorme concentrazione di massa deflette la luce proveniente dagli oggetti più lontani e può aumentarne la luminosità apparente e renderle osservabili. Uno di questi oggetti, A1689-zD1, si trova all’interno del riquadro – anche se è ancora così debole che si vede appena in questa immagine.
Crediti: NASA; ESA; L. Bradley (Johns Hopkins University); R. Bouwens (University of California, Santa Cruz); H. Ford (Johns Hopkins University); and G. Illingworth (University of California, Santa Cruz)

E’ la più distante galassia al cui interno sia stata trovata la presenza significativa di polvere. Un oggetto lontanissimo, osservato quando l’universo  aveva appena 700 milioni di anni, ovvero circa il 5 per cento della sua età attuale, ma già sorprendentemente evoluto.  La quantità di stelle già formate e l’attuale attività della galassia indicano infatti che lì il processo di formazione stellare deve essere iniziato circa 150 milioni di anni prima. La presenza di polvere suggerisce inoltre che in quella galassia il processo di arricchimento di materia non primordiale, prodotta cioè nel ciclo evolutivo delle stelle, avviene altrettanto rapidamente. Informazioni utili ai cosmologi per ricostruire con maggiore precisione le prime fasi della storia dell’Universo. A scoprire le inattese proprietà della galassia, denominata A1689-zD1, è stato un team internazionale di astronomi guidato da Darach Watson del Dark Cosmology Center di Copenhagen e a cui ha partecipato Anna Gallazzi, dell’INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri a Firenze.

La galassia è stata osservata nell’universo di 13 miliardi di anni fa e risulta avere un’elevata massa dovuta alle sue stelle e una significativa quantità di polvere, tanto che il rapporto tra la polvere stessa e il gas presente è simile a quello della Via Lattea. La scoperta spinge molto più lontano nello spazio e quindi indietro nella storia del cosmo il record della galassia più distante di cui viene osservata emissione dalla polvere: la precedente è stata individuata a due miliardi di anni circa dal Big Bang.

Per raggiungere questo risultato, i ricercatori hanno utilizzato sia telescopi dallo spazio che da terra per studiare la luce di questa galassia nelle lunghezze d’onda del visibile e del millimetrico. Grazie ai dati raccolti sono così riusciti a ricostruire la distribuzione della radiazione originariamente emessa dalla galassia, dall’ultravioletto al lontano infrarosso. A1689-zD1 è stata scoperta con le osservazioni profonde dei telescopi spaziali Hubble e Spitzer e subito gli astronomi hanno sospettato che si trovasse a una distanza estrema, sulla base dei suoi colori. Il caso ha voluto che A1689-zD1 sia dietro ad un ammasso di galassie, Abell 1689, che funge da lente gravitazionale, amplificando così di quasi dieci volte l’intensità della sua luce. Questo ha permesso, tramite osservazioni con lo spettrografo X-Shooter al Very Large Telescope dell’ESO, di rivelare, per la prima volta in una galassia così distante, lo spettro continuo prodotto dalla radiazione emessa dalle stelle che la compongono e misurare un caratteristico profilo di assorbimento dell’idrogeno, dalla cui lunghezza d’onda osservata è stata ricavata una misura più accurata e sicura della distanza della galassia.

«Dall’analisi della distribuzione spettrale di energia proveniente da questo oggetto celeste siamo riusciti a determinare alcune sue importanti proprietà» spiega Anna Gallazzi. «Intanto, che la galassia ha una massa di stelle pari a circa un miliardo di volte quella del Sole, un’età media delle sue stelle di circa 80 milioni di anni e un tasso di formazione stellare che ogni anno produce astri per una massa complessiva di 12 soli».

Ma la sorpresa più grande gli astronomi l’hanno avuta da ulteriori indagini su A1689-zD1, condotte nella banda delle onde millimetriche con il telescopio ALMA (Atacama Large Millimetre Array) dell’ESO in Cile. Questi dati hanno permesso di studiare l’emissione nell’infrarosso della galassia ed evidenziare, sorprendentemente,  la presenza di una significativa quantità di polvere, valutata in circa 40 milioni di masse solari.

Veduta composita ottenuta con riprese in luce infrarossa dello strumento WFC3 montato sul telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA e immagini in luce visibile. In primo piano è visibile l'ammasso di galassie Abell 1689. La remota galassia A1689-zD1, dietro di esso, è indicato nel riquadro. Crediti:ESO/J. Richard

Veduta composita ottenuta con riprese in luce infrarossa dello strumento WFC3 montato sul telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA e immagini in luce visibile. In primo piano è visibile l’ammasso di galassie Abell 1689. La remota galassia A1689-zD1, dietro di esso, è indicato nel riquadro.
Crediti:ESO/J. Richard

Questi inattesi risultati implicano che il processo di formazione della polvere in questa galassia deve essere avvenuto in tempi rapidi su scala cosmica, nell’ordine dei 100 milioni di anni – e quindi nei primi 600 milioni di anni della storia dell’Universo – e si è sviluppato di pari passo alla formazione di stelle massicce. «La quantità di polvere, relativamente alla massa stellare e alla massa di gas presente in A1689-zD1 è confrontabile con le galassie dell’Universo locale e suggerisce anche un’elevata abbondanza di elementi chimici più pesanti dell’elio, che generalmente vengono chiamati metalli dagli astronomi» continua Gallazzi. «Tutte queste proprietà ci stanno aiutando a ricostruire l’identikit di questo oggetto  e la sua storia: ci indicano chiaramente che siamo di fronte a una galassia già evoluta, ma che si trova dove ci non saremmo aspettati di trovarla, ovvero nell’Universo primordiale».

Il tasso di formazione stellare registrato in A1689-zD1 non è estremo e la quantità di massa stellare e di gas suggeriscono che la galassia abbia già formato gran parte delle sue stelle e metalli e quindi che abbia attraversato una fase di formazione stellare più intensa in epoche ancora più remote. «La presenza di un oggetto così evoluto nell’Universo giovane e la sua rilevazione dall’emissione della polvere è molto promettente per future osservazioni a lunghezze d’onda millimetriche e submillimetriche con ALMA» conclude Gallazzi. «Queste permetteranno di caratterizzare meglio la popolazione di galassie nell’Universo giovane, senza essere limitati ai sistemi più attivi e rari».

Il risultato viene presentato nell’articolo A dusty, normal galaxy in the epoch of reionization di D. Watson et al., pubblicato online dalla rivista Nature il 2 marzo 2015

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