LA FORMA DELLE GALASSIE A PIÙ LUNGHEZZE D’ONDA

Girandole galattiche à gogo

I risultati di un'ambiziosa survey del cielo, chiamata Alpine, rivelano quelle che sembrano galassie a spirale nell'universo primordiale. Si tratta del primo studio a più lunghezze d'onda, dall'ultravioletto alle onde radio, di galassie lontane che esistevano già tra 1 miliardo e 1.5 miliardi di anni dopo il Big Bang. Lo studio, che vede coinvolti molti ricercatori Inaf, è pubblicato su ApJ Supp Series

     22/04/2020
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Un collage di 21 galassie presenti nella survey Alpine. Le immagini si basano sulla luce emessa dal carbonio ionizzato una volta, o C+. Questi dati mostrano la varietà di diverse strutture galattiche già esistenti meno di 1.5 miliardi di anni dopo il Big Bang (ora l’universo ha 13.8 miliardi di anni). Alcune immagini mostrano fusioni di galassie, come l’oggetto nella riga superiore, il secondo da sinistra, che sono in realtà tre galassie che si stanno unendo. Altre galassie sembrano essere più ordinate e uniformi, e potrebbero essere spirali, come la prima galassia da sinistra, nella seconda fila. Per capire la scala, viene riportata anche la nostra galassia, la Via Lattea. Crediti: Michele Ginolfi (collaborazione Alpine); Alma (Eso / Naoj / Nrao); Nasa / Jpl-Caltech / R. Hurt (Ipac)

I nuovi risultati di un’ambiziosa survey del cielo, chiamata Alpine, rivelano la presenza di un gran numero di galassie rotanti a forma di disco, già presenti nell’universo ben prima di quanto si sia sempre ritenuto possibile. Sono stati pubblicati su The Astrophysical Journal Supplement Series e tra gli autori compaiono molti ricercatori Inaf, in particolare dell’Osservatorio di astrofisica e scienza dello spazio di Bologna, dell’Osservatorio astronomico di Padova e dell’Osservatorio astrofisico di Arcetri.

Il programma Alpine, acronimo di Alma Large Program to Investigate C+ at Early Times, utilizza i dati ottenuti da 70 ore di osservazioni del cielo con Alma (Atacama Large Millimeter / submillimeter Array) in Cile, in combinazione con quelli di osservazioni precedenti effettuate da una miriade di altri telescopi, tra cui il Wm Keck Observatory alle Hawaii e i telescopi spaziali Hubble e Spitzer della Nasa. In particolare, la survey ha esaminato una zona di cielo contenente dozzine di galassie molto lontane.

«Questo è il primo studio a più lunghezze d’onda, dall’ultravioletto alle onde radio, di galassie lontane che esistevano già tra 1 miliardo e 1.5 miliardi di anni dopo il Big Bang», spiega Andreas Faisst, uno scienziato dell’Ipac, un centro di astronomia presso il Caltech, nonché principal investigator del programma Alpine, che coinvolge scienziati di tutto il mondo.

Usando Alma, gli scienziati possono misurare la rotazione delle galassie nell’universo primordiale con una precisione di alcune decine di chilometri al secondo. Questo è possibile osservando la luce emessa dal carbonio ionizzato, presente nelle galassie, noto anche come C+. L’emissione del C+ dalle nubi di gas che ruotano verso di noi viene spostata a lunghezze d’onda più blu (più corte), mentre le nubi che si allontanano da noi emettono luce spostata su lunghezze d’onda più rosse (più lunghe). Misurando questo spostamento, gli astronomi possono determinare la velocità di rotazione delle galassie. Crediti: Andreas Faisst (collaborazione Alpine)

Alpine utilizza i dati di Alma per cercare la firma di uno ione noto come C+, una forma di carbonio caricato positivamente. Quando la luce ultravioletta, emessa dalle stelle appena nate, colpisce nubi di polvere, crea atomi C+. Misurando la firma di questo atomo – la sua riga di emissione – gli astronomi possono capire come ruotano le galassie: se il gas contenente C+ ruota verso di noi, la riga si sposta a lunghezze d’onda più blu; mentre ruota, quando inizia ad allontanarsi da noi, la riga si sposta su lunghezze d’onda più rosse. È un po’ come quello che succede con la sirena di un’auto della polizia o di un’ambulanza, la cui frequenza aumenta mentre viene verso di noi e diminuisce mentre si allontana.

Il team di Alpine ha effettuato le misurazioni del C+ su 118 galassie lontane per creare un catalogo non solo delle loro velocità di rotazione ma anche di altre caratteristiche, come la densità del gas e il numero di stelle che si stanno formando.

La survey ha rivelato galassie rotanti sul punto di fondersi, oltre a galassie a spirale che sembrano essere perfettamente omogenee. Circa il 15 per cento delle galassie osservate presenta la rotazione regolare e ordinata prevista per le galassie a spirale. Tuttavia, notano gli autori, le galassie potrebbero non essere vere e proprie spirali ma semplici dischi rotanti, con blocchi di materiale. Le osservazioni future, che verranno effettuate con la prossima generazione di telescopi spaziali, saranno sicuramente in grado di osservare in dettaglio la struttura di queste galassie e capirne la morfologia.

L’oggetto dell’immagine è Dc-818760, che consiste in tre galassie che sono probabilmente in rotta di collisione. Come tutte le galassie della survey Alpine, anche questa è stata ripresa da diversi telescopi. Questo approccio “multi-lunghezza d’onda” consente agli astronomi di studiare in dettaglio la struttura di queste galassie. Il telescopio spaziale Hubble della Nasa (in blu) rivela regioni in cui è attiva la formazione stellare, non oscurate dalla polvere; il telescopio spaziale Spitzer (in verde) mostra la posizione delle stelle più vecchie che vengono utilizzate per misurare la massa stellare delle galassie; e Alma (in rosso) traccia gas e polvere, consentendo di misurare la formazione stellare nascosta dalla polvere. L’immagine nella parte superiore combina la luce di tutti e tre i telescopi. La mappa della velocità riportata sul fondo mostra il gas che si avvicina a noi (in blu) o si allontana (in rosso). Crediti: Gareth Jones & Andreas Faisst (collaborazione Alpine); Alma (Eso / Naoj / Nrao); Nasa / Stsci; Jpl-Caltech / Ipac (R. Hurt)

«Stiamo trovando galassie rotanti ben ordinate, in uno stadio molto precoce e piuttosto turbolento del nostro universo», dice Faisst. «Ciò significa che devono essersi formate da un processo regolare di raccolta del gas e non si sono ancora scontrate con altre galassie, come invece hanno fatto molte altre galassie».

Combinando i dati di Alma con quelli di altri telescopi, tra cui il telescopio spaziale Spitzer – ormai in pensione, che ha contribuito in particolare a misurare le masse delle galassie – gli scienziati sono stati in grado di studiare meglio come queste giovani galassie si evolvono nel tempo.

«In che modo le galassie crescono così velocemente? Quali sono i processi interni che consentono loro di crescere così rapidamente? Queste sono domande alle quali Alpine ci sta aiutando a rispondere», afferma Faisst. «E con l’imminente lancio del James Webb Space Telescope della Nasa, saremo in grado di investigare ulteriormente tali galassie per saperne di più».

Per saperne di più:

  • Leggi su The Astrophysical Journal Supplement Series l’articolo “The ALPINE-ALMA [C II] Survey: Multiwavelength Ancillary Data and Basic Physical Measurements” di Faisst, A. L.; Schaerer, D.; Lemaux, B. C.; Oesch, P. A.; Fudamoto, Y.; Cassata, P.; Béthermin, M.; Capak, P. L.; Le Fèvre, O.; Silverman, J. D.; Yan, L.; Ginolfi, M.; Koekemoer, A. M.; Morselli, L.; Amorín, R.; Bardelli, S.; Boquien, M.; Brammer, G.; Cimatti, A.; Dessauges-Zavadsky, M. Fujimoto, S.; Gruppioni, C.; Hathi, N. P.; Hemmati, S.; Ibar, E.; Jones, G. C.; Khusanova, Y.; Loiacono, F.; Pozzi, F.; Talia, M.; Tasca, L. A. M.; Riechers, D. A.; Rodighiero, G.; Romano, M.; Scoville, N.; Toft, S.; Vallini, L.; Vergani, D.; Zamorani, G. e Zucca, E.