Osservata galassia alimentata da idrogeno primordiale

Gli astronomi hanno individuato correnti fredde di idrogeno primordiale, la materia residuale lasciata dal Big Bang, che alimentano una galassia di stelle in formazione nell’universo alle prime fasi della sua vita. Flussi abbondanti di gas verso le galassie sono ritenuti cruciali per spiegare i fenomeni avvenuti 10 miliardi di anni fa, quando le galassie stavano creando stelle a ritmi molto più alti di oggi.

Per fare questa scoperta, gli astronomi – guidati da Neil Crighton del Max Planck Institute per l’astronomia e la Swinburne University – hanno fatto uso di una coincidenza cosmica: la presenza di un luminoso e distante quasar che, agendo come un “faro cosmico”, illumina il flusso del gas da dietro, permettendoci di misurarlo. I risultati sono stati pubblicati nel numero del 2 ottobre dell’Astrophysical Journal Letters [ http://dx.doi.org/10.1088/2041-8205/776/2/L18 ].

Nella teoria attuale di formazione delle galassie come la nostra Via Lattea, i cosmologi postulano che dovevano essere state alimentate da un vasto serbatoio di idrogeno incontaminato presente nel mezzo intergalattico, che permea le vaste distese tra le galassie.

Circa dieci miliardi di anni fa, quando l’universo era ad un quinto della sua età attuale, le prime proto-galassie erano in uno stato di attività estrema e formavano nuove stelle ad un ritmo impressionante, quasi cento volte il tasso corrente. Per formano le stelle a partire dal gas, questo tasso così elevato richiede naturalmente una costante fonte di carburante cosmico. Negli ultimi dieci anni, le simulazioni di formazione delle galassie eseguite con modelli matematici nei supercomputer sono diventate così sofisticate che possono realmente predire come si formano le galassie e soprattutto come vengono alimentate: si formano degli imbuti di gas che si dirigono verso le galassie lungo sottili “flussi freddi” che, come i flussi della neve che si scioglie alimentando un lago di montagna, continuamente alimentano di materia prima le nuove stelle in formazione.

Tuttavia, provare una tale teoria è davvero difficile, poiché tali “rivoli” di gas ai bordi delle galassie sono così rarefatti che emettono pochissima luce. Invece, il team di astronomi ha cercato sistematicamente esempi di un tipo molto specifico di coincidenza cosmica. Le quasar costituiscono una breve fase nel ciclo di vita galattico, durante il quale questi oggetti brillano come nessun altro oggetto nell’universo, alimentati dalla caduta di materia in un buco nero supermassiccio che si trova al centro di una galassia.

Quello che hanno a lungo cercato gli scienziati era un raro evento in cui un lontano quasar sullo sfondo di un flusso di gas primordiale nei pressi di una galassia che si trova in primo piano secondo la nostra prospettiva, e sembra che la ricerca abbia finalmente dato un esito positivo.

La luce del quasar viaggia verso la Terra e attraversa la galassia in primo piano e quindi il gas primordiale, prima di raggiungere i nostri telescopi. Il gas cosmico assorbe selettivamente la luce a frequenze molto specifiche che gli astronomi chiamano “linee di assorbimento”. Il modello e la forma di queste linee forniscono una sorta di codice a barre cosmico che gli astronomi possono decodificare per determinare la composizione chimica, densità e temperatura del gas.

Utilizzando questa tecnica, un team di astronomi guidato da Neil Crighton ha trovato la prova migliore fino ad oggi di un flusso di gas intergalattico incontaminato che si dirige verso una galassia. La galassia, denotata Q1442 – MD50, è così lontana che ci sono voluti 11 miliardi di anni alla sua luce per raggiungerci. Il gas primordiale risiede a soli 190.000 anni luce dalla galassia – relativamente vicino in termini di distanze galattiche. Il gas è visibile grazie alla luce sullo sfondo del quasar J1444535+291905.

Un elemento cruciale della loro scoperta è il rilevamento della firma spettrale di deuterio cosmico, un isotopo stabile dell’idrogeno (con un neutrone in più nel nucleo) . I cosmologi hanno dimostrato che l’idrogeno e l’elio e i loro isotopi stabili come il deuterio sono stati tutti sintetizzati pochi minuti dopo il Big Bang, quando l’universo era abbastanza caldo per far avvenire delle reazioni nucleari. Tutti gli elementi più pesanti come il carbonio, l’azoto e l’ossigeno sono stati creati molto più tardi nelle fabbriche nucleari delle stelle. Poiché le condizioni fisiche ostili nei centri delle stelle distruggono il deuterio, un isotopo fragile, la scoperta del deuterio nel gas conferma che esso è davvero il materiale incontaminato lasciato dal Big Bang.

“Questa non è la prima volta che gli astronomi hanno scoperto una galassia con gas nelle vicinanze grazie ad un quasar. Ma è la prima volta che tutto si adatta insieme” , ha detto Crighton. ” La galassia sta vigorosamente formando nuove stelle e le proprietà del gas mostrano chiaramente che si tratta di materiale incontaminato, rimasto dalle prime fasi dell’universo subito dopo il Big Bang.”

La scoperta di questo sistema è parte di una vasta indagine che cerca proprio situazioni come questa, in cui delle quasar sono quasi sovrapposte ad altre galassie, coordinato da Joseph Hennawi, il leader del gruppo di ricerca ENIGMA presso il Max Planck Institute for Astronomy.

“Dal momento che questa scoperta è il risultato di una ricerca sistematica, ora possiamo dedurre che tali flussi freddi sono abbastanza comuni”, ha detto Hennawi . “Abbiamo dovuto cercare solo 12 coppie quasar – galassia per scoprire questo avento.”