Rappresentazione artistica che mostra la complessità della giovane galassia A1689-zD1. Ben oltre il centro della galassia è evidente (in rosa) un abbondante alone di gas di carbonio freddo. Per gli scienziati, questa caratteristica non comune indica che la galassia potrebbe essere molto più grande di quanto si credesse in precedenza e che le prime fasi della formazione della galassia potrebbero essere state più attive e dinamiche di quanto teorizzato. In alto a sinistra e in basso a destra sono evidenti (in rosso) deflussi di gas caldo e ionizzato che si spinge verso l’esterno dal centro della galassia. Gli scienziati ritengono possibile che questi deflussi abbiano qualcosa a che fare con la presenza di gas di carbonio freddo nelle zone più esterne della galassia, anche se non sanno ancora cosa. Crediti: Alma (Eso/Naoj/Nrao), B. Saxton (Nrao/Aui/Nsf)
Grazie alla risoluzione e alla sensibilità dell’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma), un gruppo di scienziati è riuscito a osservare una quantità significativa di gas freddo e neutro nelle regioni esterne della giovane galassia A1689-zD1, oltre ai deflussi di gas caldo provenienti dal centro della galassia stessa. Questi risultati potrebbero far luce su una fase critica dell’evoluzione galattica delle galassie primordiali, nella quale ha inizio la trasformazione che le porterà a essere più strutturate e simili alle galassie più recenti. Le osservazioni sono state presentate al 240esimo meeting dell’American Astronomical Society (Aas) a Pasadena e saranno pubblicate su The Astrophysical Journal.
A1689-zD1 è una galassia giovane e attiva che presenta formazione stellare, leggermente meno luminosa e meno massiccia della Via Lattea. È lontanissima: si trova a circa 13 miliardi di anni luce dalla Terra, nella costellazione della Vergine. È stata scoperta solo nel 2007 poiché rimane nascosta dietro l’ammasso di galassie Abell 1689; la sua esistenza è stata confermata nel 2015 grazie al fenomeno del lensing gravitazionale, che ha amplificato la sua luminosità di oltre nove volte. Da allora, gli scienziati hanno continuato a studiarla, quale possibile riferimento per l’evoluzione di altre galassie considerate più “normali”.
«A1689-zD1 si trova nell’universo primordiale, solo 700 milioni di anni dopo il Big Bang. È l’epoca in cui le galassie avevano appena iniziato a formarsi», ha affermato Hollis Akins del Grinnell College, primo autore dello studio. «Quello che stiamo vedendo in queste nuove osservazioni è l’evidenza di processi che possono contribuire all’evoluzione di quelle che chiamiamo galassie “normali” rispetto alle galassie massicce. Ancora più importante, questi processi sono quelli che in precedenza non credevamo potessero essere applicabili a queste normali galassie».
Uno di questi processi non comuni è la produzione e distribuzione di combustibile per la formazione stellare all’interno della galassia. Il team ha utilizzato il ricevitore in Banda 6 di Alma per individuare un alone di gas di carbonio che si estende ben oltre il centro della giovane galassia, che potrebbe essere la prova della formazione stellare in corso oppure il risultato di interruzioni strutturali, come fusioni o deflussi, avvenuti nelle prime fasi della formazione della galassia.
Immagine composita ottenuta a partire dalle immagini radio di A1689-zD1, catturate da Alma (in arancione/rosso), e dalle immagini ottiche di Hst (in blu/bianco). Nel contesto dell’ambiente circostante, è chiaro come A1689-zD1 sia riuscita a “nascondersi” dietro Abell 1689 e perché le lenti gravitazionali sono fondamentali per studiarne comportamenti e processi. Crediti: Alma (Eso/Naoj/Nrao)/H. Akins (Grinnell College), Hst, B. Saxton (Nrao/Aui/Nsf)
Secondo Akins, questo alone è insolito per le galassie primordiali. «Il gas di carbonio che abbiamo osservato in questa galassia si trova in genere nelle stesse regioni del gas di idrogeno neutro, che è il luogo in cui tendono a formarsi nuove stelle. Se questo è il caso di A1689-zD1, la galassia è probabilmente molto più grande di quanto si pensasse in precedenza. È anche possibile che questo alone sia un residuo di una precedente attività galattica, come fusioni che potrebbero aver esercitato complesse forze gravitazionali sulla galassia portando all’espulsione di molto gas neutro a queste grandi distanze. In entrambi i casi, questa galassia nella sua prima fase evolutiva era probabilmente attiva e dinamica, e stiamo imparando che questo potrebbe essere comune, sebbene in precedenza non osservato, nella formazione delle prime galassie».
Più che insolita, la scoperta potrebbe avere implicazioni significative per lo studio dell’evoluzione delle galassie, in particolare visto che le osservazioni radio rivelano dettagli invisibili a lunghezze d’onda ottiche. Seiji Fujimoto del Cosmic Dawn Center del Niels Bohr Institute, coautore della ricerca, ha affermato: «L’emissione del gas di carbonio in A1689-zD1 è molto più estesa di quanto osservato con il telescopio spaziale Hubble, e questo potrebbe implicare il fatto che le prime galassie non sono così piccole come sembrano. Se, infatti, le prime galassie sono più grandi di quanto credessimo in precedenza, ciò avrebbe un impatto importante sulla teoria della formazione e dell’evoluzione delle galassie nell’universo primordiale».
Guidato da Akins, il team ha inoltre osservato deflussi di gas caldo e ionizzato, comunemente causati da una violenta attività galattica come le supernove. È possibile, data la loro natura potenzialmente esplosiva, che i deflussi delle supernove abbiano qualcosa a che fare con l’alone di carbonio. «I deflussi si verificano a seguito di attività violente, come l’esplosione di supernove – che lanciano il materiale gassoso circostante verso l’esterno della galassia – o buchi neri al centro delle galassie – che hanno forti effetti magnetici che possono espellere materiale in potenti getti. Per questo motivo, esiste una forte possibilità che i deflussi caldi abbiano qualcosa a che fare con la presenza dell’alone di carbonio freddo», ha affermato Akins. «E ciò evidenzia ulteriormente l’importanza della natura multifase, o da calda a fredda, del gas in uscita».
A1689-zD1 è una galassia con un’intensa formazione stellare situata nella costellazione della Vergine. È stata osservata per la prima volta grazie alla lente gravitazionale offerta da Abell 1689, che ha fatto apparire la giovane galassia nove volte più luminosa. Nuove osservazioni Alma stanno rivelando che la giovane galassia, e altre simili, potrebbero essere più grandi e complesse di quanto si pensasse inizialmente. Crediti: Alma (Eso/Naoj/Nrao)/H. Akins (Grinnell College), B. Saxton (Nrao/Aui/Nsf)
Kirsten Knudsen, della Chalmers University of Technology, ha trovato prove del continuum di polvere di A1689-zD1 nel 2017. Knudsen sottolinea il ruolo del lensing gravitazionale nel rendere possibile ogni nuova scoperta nella ricerca. «Poiché A1689-zD1 è amplificata più di nove volte, possiamo vedere dettagli critici altrimenti difficili da osservare nelle normali osservazioni di galassie così lontane. In definitiva, quello che stiamo vedendo qui è che le galassie dell’universo primordiale sono molto complesse e questa galassia continuerà a presentare nuove sfide e risultati di ricerca per qualche tempo».
Ulteriori osservazioni di A1689-zD1 sono previste per gennaio 2023, utilizzando NirSpec Integral Field Unit (Ifu) e NirCam sul James Webb Space Telescope. Le nuove osservazioni integreranno i precedenti dati Hst e Alma, offrendo uno sguardo multi-lunghezza d’onda più profondo e completo alla giovane galassia.
Per saperne di più:
- Leggi su arXiv il pre-print dell’articolo “ALMA reveals extended cool gas and hot ionized out in a typical star-forming galaxy at z = 7.13” di Hollis Akins, Seiji Fujimoto, Kristian Finlator, Darach Watson, Kirsten Knudsen, Johan Richard, Tom Bakx, Takuya Hashimoto, Akio Inoue, Hiroshi Matsuo, Michal Michalowski, Yoichi Tamura