Osservata la formazione delle galassie nell’Universo primordiale

Combinazione di immagini di ALMA e del VLT: l'oggetto centrale è una galassia molto distante, chiamata BDF 3299, vista quando l'Universo aveva meno di 800 milioni di anni. La nube rossa brillante in basso a sinistra è la detezione di ALMA di una grande nube di materia in procinto di formare la nuova galassia molto giovane. (Crediti: ESO/R. Maiolino)

Un gruppo di astronami, con a capo Roberto Maiolino (Cavendish Laboratory e Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, UK) ha puntato ALMA verso galassie già note per essere osservabili a circa 800 milioni di anni dopo il Big Bang: gli astronomi cercavano non la luce delle stelle ma il debole bagliore di carbonio ionizzato che proviene dalle nubi di gas in cui queste si stanno formando. L’obiettivo era quello di studiare l’interazione tra una giovane generazione di stelle e i grumi freddi che si stavano formando in queste prime galassie.

Prime Galassie

I ricercatori non cercavano i rari oggetti molto brillanti, come quasar o galassie ad alto tasso di formazione stellare, ma si erano concentrati su galassie meno spettacolari e più frequenti: ossia quelle che hanno re-ionizzato l’Universo prima di trasformarsi lentamente nelle galassie che vediamo ora attorno a noi.

Quando, centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang, le galassie hanno iniziato a formarsi, l’Universo era pieno di una nebbia di idrogeno allo stato gassoso. La foschia è stata “spazzata via” gradualmente man mano che le sorgenti brillanti, come stelle e quasar alimentati da enormi buchi neri, hanno iniziato a brillare. Questa è l’epoca detta della re-ionizzazione dagli astronomi: ma gli scienziati non conoscono moltissimo di queste prime galassie che, fino ad ora, sono state viste soltanto come delle piccole macchie.

Non più macchie ma oggetti (grazie ad ALMA)

Ma da una di queste galassie – classificata come BDF 3299 – sono riusciti a recepire un segnale debole ma chiaro del carbonio incandescente, proveniente non dal centro bensì dalla periferia della galassia. Merito di ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) il radiointerferometro d'avanguardia, fondato e gestito dall'European Southern Observatory, costituito da un array di 66 radiotelescopi posto a a 5000 metri d'altitudine nel deserto di Atacama in Cile.

Questa è la più lontana osservazione di questo tipo di emissione da una galassia "normale", vista meno di un miliardo di anni dopo il Big Bang. Ci dà l'opportunità di osservare la formazione delle prime galassie. Per la prima volta vediamo le galassie primordiali non come piccole macchie ma come oggetti con una struttura interna!- Ferrara, Scuola Normale Superiore di Pisa, coautore dello studio

Gli astronomi hanno ipotizzato che la posizione marginale del bagliore osservato sia spiegabile sulla base del fatto che le nubi centrali sono distrutte dall'ambiente creato dalle stelle appena formate, ostile a causa dell’intensa radiazione prodotta e degli effetti delle esplosioni di supernova, mentre l’emissione del carbonio indicherebbe la posizione del gas freddo, aggregato dal mezzo intergalattico.

Un modello per la comprensione della formazione delle galassie

Le osservazioni di ALMA sono state combinate con simulazioni numeriche che hanno consentito di comprendere meglio i processi fondamentali che avvengono nelle prime galassie: effetti della radiazione delle stelle, sopravvivenza delle nubi molecolari, fuga di radiazione ionizzante e struttura complessa del mezzo interstellare. Da tutto questo deriva che BDF 3299 si candida a diventare un esempio tipico di galassia responsabile per la re-ionizzazione.

Gli autori delle osservazioni hanno spiegato che questo tipo di osservazioni, che sarebbero state impossibili prima della sensibilità e della risoluzione di ALMA, potranno essere un importante passaggio per approfondire complessi problemi relativi alla formazione delle prime stelle e galassie dell’Universo.