Ci sono galassie come la nostra, la Via Lattea, che sfornano stelle ogni anno, e così vanno avanti da quando si sono formate, oltre tredici miliardi di anni fa. E poi ci sono galassie che, a un certo punto, hanno smesso. Galassie nate tre o quattro miliardi di anni dopo il Big Bang e che ben presto hanno chiuso i battenti, cessando di produrre stelle dopo un solo miliardo d’anni di attività. Come questo sia accaduto è un fatto misterioso su cui gli astronomi si arrovellano da almeno due decenni.
Uno studio guidato dall’Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas dell’Università di San Paolo, in Brasile, e pubblicato da Astronomy & Astrophysics propone una soluzione all’annoso problema.
«Ci siamo concentrati su due popolazioni apparentemente distinte: le galassie polverose che formano stelle e le galassie massicce quiescenti», afferma Laerte Sodré Júnior, professore ordinario in pensione, supervisore di dottorato dell’autore principale dello studio, Pablo Araya-Araya.
Le galassie massicce quiescenti sono quelle menzionate agli inizi, che non formano più stelle, e nessuno sa come questo sia potuto succedere.
Le galassie polverose citate da Sodré sono invece esemplari di tutt’altra natura, compagini di stelle che sfornano centinaia d’astri l’anno – la Via Lattea, per fare un confronto, ne forma più o meno uno, nello stesso lasso temporale –, attività che si svolge di nascosto dai telescopi ottici. Le galassie suddette sono infatti ammantate da folti strati di polvere che occultano la luce stellare ai telescopi sensibili alla luce visibile e ultravioletta. Se l’umanità disponesse esclusivamente di tali strumenti, di queste vivacissime galassie non ci saremmo mai accorti.
Esempio di galassia quiescente nell’universo locale. Crediti: Nasa, Esa, R.M. Crockett, S. Kaviraj, J. Silk, M. Mutchler, R. O’Connell e il Wfc3 Scientific Oversight Committee
C’è però un modo per beccarle. Per effetto del trambusto delle nuove nate – ovvero della loro micidiale radiazione ultravioletta – la polvere si scalda. Riscaldandosi, emette un bel po’ di luce nella regione infrarossa dello spettro elettromagnetico. Luce che, a causa dell’espansione dell’universo, si spinge fino alle onde sub-millimetriche e millimetriche per le galassie più lontane. Per “vedere” queste onde l’umanità si è dotata di apposite e avanguardistiche strumentazioni. Una su tutte, l’interferometro Alma, situato nel nord del deserto di Atacama. Che di galassie polverose che formano stelle ne ha viste a migliaia, lenendo la nostra ignoranza in materia.
Il team guidato da Araya-Araya ha provato a esplorare eventuali connessioni fra galassie quiescenti e galassie polverose in piena attività. Due popolazioni che, così su due piedi, più diverse non si direbbero. Utilizzando un modello semi-analitico – ovvero un modello che combina equazioni e calcolo numerico – i ricercatori hanno potuto riavvolgere il nastro delle misteriose esistenze delle galassie quiescenti. Scoprendo che nel passato di quasi ciascuna di esse c’è una galassia piena di polvere che genera orde di stelle.
Esempi di galassie polverose che formano stelle nell’universo lontano. Queste galassie son ben visibili coi telescopi infrarossi e alle lunghezze d’onda millimetriche e sub-millimetriche in virtù dell’emissione della polvere. Crediti: McKay et al., ApJ, 2025
A monte di un’attività così impareggiabilmente fervida, vi sarebbe uno scontro titanico fra due galassie di massa simile – quello che viene detto major merger. Scontro che ha riversato copiose quantità di gas nelle regioni centrali della novella galassia polverosa – e futura galassia quiescente – innescando due fenomeni. Da un lato il dilagante aumento delle nascite stellari, cui si accompagnerebbero scorpacciate luculliane del buco nero supermassiccio alloggiato nella zona nucleare. Buco nero che, al culmine delle sue abbuffate, sterilizzerebbe l’intera galassia, scaldandone il gas e rendendolo in tal maniera indisponibile alla generazione di nuovi astri. Di gas freddo necessita infatti una stella per formarsi. Gas che viene oltremodo salassato dalla forsennata attività di formazione stellare stessa. Insomma, a un certo punto una galassia non genera più stelle perché non le è rimasto nulla con cui forgiarle. Così nascerebbe una galassia quiescente, discendente di un passato burrascoso che ne ha azzoppato ogni possibile progenie. Il tutto in un solo, rocambolesco, miliardo d’anni.
Galassie come la Via Lattea avrebbero condotto invece esistenze più morigerate. Gli scontri con altre galassie sarebbero intervenuti solo in una fase avanzata di sviluppo e i processi che consentono le nascite stellari si sarebbero prodotti tramite un consumo di gas lento e graduale. Anche la maggior parte delle galassie polverose avrebbe trascorso una vita tutto sommato mansueta, non evolvendosi rapidamente in una galassia quiescente, ma dedicandosi più a lungo alla formazione di nuovi astri. Quasi tutte le galassie massicce quiescenti discenderebbero da quelle polverose ma non vale il viceversa, insomma.
Il meccanismo di sterilizzazione proposto da Araya-Araya e collaboratori non è una novità: gli astronomi ne discutono da anni. Afferrarne i dettagli rimane però impresa ardua e non ancora prossima alla soluzione. E problemi, anche a questo modello, non mancano: «Stiamo osservando molte più galassie con emissioni nel sub-millimetrico di quanto avessimo previsto», ammette Sodré.
Esempio di una galassia che ha subito un merger nell’universo vicino. A fenomeni simili sarebbero andate incontro alcune galassie polverose che formavano stelle nell’universo lontano. L’afflusso di gas nelle regioni centrali avrebbe alimentato sia l’attività di formazione stellare che la crescita di un buco nero supermassiccio. Crediti: Esa/Hubble, Nasa
Ciononostante, lo studio fornisce un modello coerente per spiegare come le galassie polverose possano evolversi in galassie quiescenti. Il telescopio James Webb sta fornendo dettagli sorprendenti sulle galassie ricche di polveri e sta snidando galassie massicce quiescenti in epoche sempre più remote. Il Giant Magellan Telescope, in costruzione presso l’Osservatorio cileno di Las Campanas, coi suoi 24 metri e mezzo di diametro verrà incontro alle domande degli scienziati.
«Grazie al suo specchio primario di 24,5 metri, il Giant Magellan Telescope sarà in grado di produrre immagini da tre a quattro volte più dettagliate rispetto al James Webb», sottolinea Sodré. Questo nuovo strumento sarà operativo entro i primi anni del prossimo decennio.
Per saperne di più:
- Leggi su Astronomy & Astrophysics l’articolo “The connection between dusty star-forming galaxies and the first massive quenched galaxies” di Pablo Araya-Araya, Rachel K. Cochrane, Laerte Sodré Jr., Robert M. Yates, Christopher C. Hayward, Marcel P. van Daalen, Marcelo C. Vicentin, Bitten Gullberg e Francesco Valentino