Come ci si arriva a una galassia bell’e fatta come la Via Lattea, con gas e stelle compostamente organizzati in una ruotante struttura a disco? Per rispondere a questa domanda, gli scienziati sono andati niente meno che a osservare una selezione di galassie bambine, che abitavano l’universo quando quest’ultimo aveva solo un miliardo d’anni, a cercare nella loro struttura i segni di quel che saranno da grandi.
Si chiama Cristal (acronimo che sta per “[CII] Resolved ISm in STar-forming galaxies with ALma”) il programma scientifico che si propone di fare luce sui meccanismi che hanno condotto le nubi di gas e polvere che brulicavano nell’universo lontano a formare stelle e a evolversi nelle galassie che abitano l’universo di oggi. Per farlo, un gruppo internazionale di ricercatori, ha deciso di puntare l’interferometro Alma verso diciannove galassie lontane. Osservandole con una sensibilità e risoluzione angolare sopraffina, quest’ultima di soli 0,2 secondi d’arco, corrispondenti a una dimensione fisica di poco più di un kiloparsec, che ha consentito di ottenere dettagli minuziosi del gas freddo e delle polveri che compongono le galassie infanti oggetti dello studio.
Illustrazione di una galassia del programma Cristal, un miliardo di anni dopo il Big Bang. Le stelle si formano all’interno di nubi distinte. Il gas freddo, che alimenta la formazione stellare e tracciato dalla riga del carbonio ionizzato ([CII]), è rappresentato in rosso mentre la polvere calda, scaldata dalle stelle appena nate, è mostrata in nero. Crediti: Nsf, Aui, Nsf Nrao, B. Saxton
Perché proprio queste galassie e non altre? Le galassie selezionate da Herrera Camus e collaboratori risiedono nella cosiddetta “sequenza principale delle galassie”. Nelle galassie che formano stelle, la massa di stelle formate in un certo lasso temporale segue una stringente relazione che la lega alla massa totale di stelle già presenti. Si tratta di galassie che diremmo standard, ordinarie, quelle che seguono la relazione, che si tengono alla larga dall’attività pirotecnica delle galassie starburst o dalla mortale indolenza delle galassie ellittiche. E che ben si prestano, in virtù della loro configurazione equilibrata, allo studio dei processi fisici che animano gas e stelle all’interno delle galassie.
I ricercatori hanno studiato nel dettaglio le proprietà degli oggetti del programma Cristal. Scoprendo una varietà nei moti del gas freddo, che segue ordinate traiettorie circolari in alcune e si esibisce in caotiche danze in altre. I primi oggetti suggeriscono la presenza di strutture a disco già nell’infanzia dell’universo, mentre i secondi sarebbero indicativi di collisioni fra galassie, che alterano la morfologia e la cinematica del gas.
L’emissione del carbonio ionizzato nelle galassie del programma Cristal. Le mappe ad alta risoluzione ottenute da Alma consentono di studiare nel dettaglio la morfologia, l’estensione e i moti del gas freddo. Crediti: Cristal large program
Non solo. Alma ha rivelato che il gas occupa regioni molto più estese di quelle in cui si stanno formando le stelle. Questo suggerisce che le galassie possano attingere a delle riserve di gas freddo, che costituirà il materiale per produrre la future generazioni di astri. Gas che potrebbe essere stato espulso su vasta scala anche dalle galassie stesse, a causa dell’attività di un buco nero centrale.
In ultimo, gli scienziati hanno osservato le stelle nascere in nubi di gas distinte in diverse galassie del campione. Questo rivela preziose informazioni su come avvenga il processo di formazione stellare nelle galassie lontane.
I risultati sopracitati sono stati ottenuti studiando la riga a 158 micron emessa dal carbonio ionizzato, o [CII], che, in virtù della sua luminosità, si presta particolarmente bene allo studio del gas freddo negli oggetti lontani, e l’emissione della polvere nel lontano infrarosso, scaldata dagli astri appena nati.
Un oggetto che si è fatto notare dagli astronomi è la galassia Cristal-10, che risulta particolarmente povera di carbonio in confronto all’appariscente emissione della polvere. Questa caratteristica peculiare ricorda non poco Arp 220, prodotto di una colossale fusione tra galassie, che si trova a duecentocinquata milioni di anni luce dalla Terra (qua dietro, in termini astronomici), abbagliante nel lontano infrarosso, si pensa a causa di una forsennata produzione di astri.
«Cristal fornisce il tipo di dati dettagliati che semplicemente non erano possibili prima di Alma», conclude Herrera Camus. «Abbiamo un nuovo ritratto di famiglia dell’evoluzione galattica primordiale. Queste osservazioni stanno mettendo in discussione i nostri modelli esistenti di formazione delle galassie e aprono nuove strade per la ricerca».
Per saperne di più:
- Leggi su Astronomy & Astrophysics l’articolo “The ALMA-CRISTAL survey: Gas, dust, and stars in star-forming galaxies when the Universe was ∼1 Gyr old” di R. Herrera-Camus, J. González-López, N. Förster Schreiber, M. Aravena, I. de Looze, J. Spilker, K. Tadaki, L. Barcos-Muñoz, R. J. Assef, J. E. Birkin, A. D. Bolatto, R. Bouwens, S. Bovino, R. A. A. Bowler, G. Calistro Rivera, E. da Cunha, R. I. Davies, R. L. Davies, T. Díaz-Santos, A. Ferrara, D. Fisher, R. Genzel, J. Hodge, R. Ikeda, M. Killi, L. Lee, Y. Li, J. Li, D. Liu, D. Lutz, I. Mitsuhashi, D. Narayanan, T. Naab, M. Palla, S. H. Price, A. Posses, M. Relaño, R. Smit, M. Solimano, A. Sternberg, L. Tacconi, K. Telikova, H. Übler, S. A. van der Giessen, S. Veilleux, V. Villanueva e M. Baeza-Garay