LO STUDIO SU THE ASTROPHYSICAL JOURNAL LETTERS

Tanto idrogeno fa, nelle galassie primordiali…

Utilizzando i dati ottenuti dal radio telescopio indiano Giant Metrewave, un team di astronomi del National Center for Radio Astrophysics e del Raman Research Institute ha misurato per la prima volta il contenuto medio di idrogeno posseduto da alcune galassie 9 miliardi di anni fa, quando l'universo aveva circa cinque miliardi di anni. Un risultato che sposta indietro di un miliardo di anni la lancetta del tempo rispetto alle precedenti stime

     11/06/2021
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Lo spettro del segnale medio di 21 cm rilevato dal telescopio Gmrt (a sinistra) e la relativa immagine radio (a destra). Crediti: Aditya Chowdhury

Le stelle all’interno di una galassia si formano a partire dal gas che essa contiene. Questa attività di formazione stellare era molto più intensa quando l’universo era giovane, con un picco di natalità raggiunto tra gli otto e i dieci miliardi di anni fa, dopo il quale è diminuita costantemente. Fino a poco tempo fa, la causa di questo declino di nuove nascite era sconosciuta, soprattutto perché non c’erano informazioni sulle quantità di idrogeno atomico – il seme per la formazione stellare – presenti all’epoca.

La situazione è cambiata l’anno scorso, quando un team internazionale di astronomi è riuscito ad effettuare la prima misurazione della massa di idrogeno atomico gassoso in galassie vecchie di circa 8 miliardi di anni, risalenti dunque proprio all’epoca in cui l’attività di formazione stellare dell’universo iniziò a declinare, scoprendo che la probabile causa del declino del tasso di natalità stellare è da imputare all’esaurimento di questa materia prima.

Adesso, grazie a nuovi dati ottenuti utilizzando uno dei più potenti e sensibili radiotelescopi al mondo, il Giant Metrewave Radio Telescope (Gmrt) di Pune, in India, un team di ricercatori del National Center for Radio Astrophysics (Ncra-Tifr) e del Raman Research Institute (Rri) è riuscito a misurare la quantità di idrogeno atomico contenuto nelle galassie 9 miliardi di anni fa, dunque quando l’universo aveva circa cinque miliardi di anni, spostando il cursore del tempo di circa un miliardo di anni indietro rispetto alla precedente misura del 2020.

«I nostri nuovi risultati riguardano galassie di un’epoca precedente, ma ancora verso la fine di massima attività di formazione stellare» spiega Aditya Chowdhury, ricercatore post-doc al National Center for Radio Astrophysics e autore principale sia del precedente che del nuovo studio pubblicato su The Astrophysical Journal Letters. «Abbiamo scoperto che 9 miliardi di anni fa, le galassie erano ricche di gas atomico, con una massa quasi tre volte maggiore di quella contenuta nelle stelle! Una situazione molto differente da ciò che osserviamo oggi nelle galassie come la Via Lattea, dove la massa del gas è quasi dieci volte più piccola della massa di tutte le sue stelle».

La misurazione della massa del gas è stata effettuata mappando la riga a 21 cm di lunghezza d’onda dell’idrogeno atomico neutro, una riga spettrale che gli astrofisici utilizzano per indagare la modalità della accensione delle prime stelle e la formazione delle prime strutture cosmiche e che può essere rilevata solo con i radiotelescopi.

L’antenna del Giant Metrewave Radio Telescope in India (Gmrt). Crediti: Rakesh Rao

Sfortunatamente, spiegano i ricercatori, questa emissione specifica associata alla presenza del gas è molto debole, e quindi quasi impossibile da rilevare da singole galassie alle distanze alle quali si trovano quelle oggetto dello studio, anche con potenti telescopi come il Gmrt. Per superare questo ostacolo, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica chiamata “stacking”, che combina i segnali delle righe a 21 cm di un gran numero di galassie. Ciò ha permesso loro di ottenere il contenuto medio di gas di quasi 3.000 galassie: per ognuna circa 30 miliardi di volte la massa del Sole, ovvero 6×1040 kg (sei seguito da quaranta zeri).

«La formazione stellare in queste galassie primordiali era così intensa che avrebbero potuto consumare il loro contenuto di gas atomico in soli due miliardi di anni» conclude Chowdhury. «Senza l’acquisizione di altro gas, la loro attività di formazione stellare è diminuita a fino a cessare. Sembra quindi probabile che la causa del declino della formazione di nuove stelle nell’universo sia semplicemente dovuta al fatto che, in qualche epoca, le galassie non sono state in grado di ricostituire i loro serbatoi di gas, probabilmente perché non ce n’era abbastanza disponibile nei loro ambienti».

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