TROVATA CON IL MACHINE LEARNING A 430 ANNI LUCE DA NOI

Galassia da record: l’ultima nata nell’universo locale

Galassie in formazione sono state trovate nell’universo moderno e vicino, dominato per lo più da oggetti maturi, massicci e metallici. Fra queste, una piccola galassia massiccia quanto un ammasso stellare e con l’abbondanza di ossigeno più bassa mai misurata – appena l’1.6 per cento di quella solare – potrebbe rappresentare uno degli ultimi esemplari di galassia in formazione nell’universo

     03/08/2020
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La galassia Hsc J1631+4426. Crediti: Naoj/Kojima et al.

Ci sono varie cose nell’universo che non rendono la vita – e il lavoro – facile agli astronomi. Una di esse, la principale forse, è il grande squilibrio fra il tempo della ricerca e il tempo in cui avviene un qualsiasi fenomeno celeste. Osservare direttamente l’evoluzione di un fenomeno nell’universo – la formazione ed evoluzione di una galassia, ad esempio – sarebbe come pretendere di veder crescere e invecchiare un neonato avendo a disposizione solo il tempo di un battito di ciglia.

Per fortuna però, il cosmo è anche un’enorme macchina del tempo: più guardiamo lontano, più guardiamo al passato. Per quel che riguarda le galassie quindi, con qualche accortezza circa la comprensione dei legami di parentela fra le galassie del passato e quelle del presente, osservare a diverse distanze – e quindi a diverse epoche cosmiche – significa visualizzare istantanee rappresentanti diverse fasi evolutive.

Le prime galassie che si sono formate quando l’universo aveva qualche centinaio di milione di anni erano decisamente poco massicce, al massimo un milione di volte la massa del Sole, avevano una metallicità – cioè un’abbondanza di elementi più pesanti di idrogeno ed elio – inferiore all’un per cento della metallicità solare e un tasso di formazione stellare elevatissimo. Per avere una visione completa di tutte le fasi di vita delle galassie bisognerebbe quindi poter osservare queste galassie piccole e deboli in formazione in uno spazio-tempo remoto: un’impresa praticamente impossibile.

Per questo gli esperti hanno deciso di andare alla ricerca di esemplari di galassie neonate nell’universo moderno, quello più vicino a noi. E le hanno trovate.

Fino a qui, quasi nessuna sorpresa: secondo il modello cosmologico standard, infatti, sebbene l’universo moderno sia dominato da galassie mature, massicce, metalliche e il cui picco di formazione stellare è ormai superato, alcune galassie in formazione dovrebbero ancora esserci. Si tratta però di oggetti estremamente difficili da osservare poiché molto rari, di piccola massa e quindi debolmente visibili e facilmente confondibili con qualcos’altro. Il loro tratto distintivo, secondo gli esperti, sarebbe proprio la ridottissima presenza di elementi chimici pesanti.

Una ricerca pubblicata oggi nella rivista The Astrophysical Journal riporta non solo la scoperta di alcune galassie in formazione – le cosiddette extremely metal-poor galaxies (letteralmente, galassie estremamente povere di metalli) – ma l’identificazione, fra di esse, di una galassia la cui abbondanza di ossigeno – usato come tracciante di metallicità – è la più bassa mai misurata: solo l’1.6 per cento di quella solare.

Per scovare questi preziosi quadrifogli nel prato verde di galassie che ci circonda, il team si è avvalso di una ricchissima survey di immagini in diversi colori, allo scopo di costruire un campione di galassie locali con proprietà simili alle prime galassie in formazione nell’universo primordiale.

«Per trovare queste galassie molto deboli e rare, i dati profondi e a grande campo rilevati con il telescopio Subaru sono stati indispensabili», spiega Takashi Kojima dell’università di Tokyo, il primo autore dello studio.

I dati di cui parla, presi con la Hyper Suprime-Cam nell’ambito del programma osservativo Subaru Strategic Program (Ssp), sono circa cento volte più profondi in luminosità rispetto ai dati della Sloan Digital Sky Survey (Sdss). Il campione di galassie di partenza, ottenuto combinando le osservazioni Ssp con i dati meno profondi della Sdss, conteneva circa 40 milioni di oggetti. Kojima e collaboratori hanno quindi sviluppato un nuovo metodo di machine learning per insegnare ai loro computer a riconoscere i potenziali candidati tramite i colori osservati. Il computer si allenava a riconoscere ripetutamente i colori delle galassie attesi dai modelli teorici, poi applicava il metodo di selezione appreso per individuare, fra le galassie osservate, quelle nelle prime fasi di formazione.

Dieci dei centotredici oggetti selezionati con questo metodo sono stati poi confermati come extremely metal-poor galaxies grazie a osservazioni spettroscopiche volte a stimare i rapporti di abbondanza fra gli elementi chimici e determinare la metallicità.

Fra le dieci, poi, un quadrifoglio: una galassia chiamata Hsc J1631+4426, situata a 430 milioni di anni luce di distanza nella costellazione di Ercole, con l’abbondanza di ossigeno più bassa mai misurata: un valore che suggerisce che la maggior parte delle sue stelle si è formata molto recentemente.

«Ciò che è sorprendente è che la massa stellare della galassia Hsc J1631+4426 è molto piccola: 0.8 milioni di masse solari. Questa massa stellare è appena un centomillesimo della massa della Via Lattea, paragonabile piuttosto alla massa di un singolo ammasso stellare tipico della nostra galassia», osserva il secondo autore Masami Ouchi dell’Naoj (l’osservatorio astronomico nazionale del Giappone) e dell’università di Tokyo. La piccola massa misurata è un ulteriore dato a supporto della giovane età della galassia.

Gli autori dello studio ritengono che da questa scoperta emergano due interessanti indicazioni. In primo luogo, è una chiara prova dell’esistenza di una galassia in formazione nell’universo moderno, in accordo con le previsioni del modello cosmologico standard. In secondo luogo, questo esemplare potrebbe rappresentare una delle ultime occasioni per gli astronomi di assistere alla nascita di una nuova galassia. Secondo il modello cosmologico, infatti, la densità di materia diminuisce rapidamente nel nostro universo mentre esso si espande in modo accelerato. Nell’universo del futuro, la conseguenza di ciò sarà che la materia non si assemblerà più per gravità e non nasceranno nuove galassie.

Per saperne di più:

Guarda il video del National Astronomical Observatory of Japan: