ALMA: scoperte le fabbriche di stelle nelle galassie agli albori dell’Universo

Utilizzando altre galassie come gigantesche lenti gravitazionali, gli astronomi dell’Università dell’Arizona hanno ottenuto nuove informazioni su alcune delle più antiche galassie dell’universo.

Alcune delle più brillanti galassie nell’universo – galassie bambine che fanno nascere decine di migliaia di stelle ogni anno, agli albori dell’universo – si sono evolute molto prima e in numero maggiore di quanto si pensasse, in base alle nuove misure ottenute dagli astronomi.

I risultati sono pubblicati sulla rivista Nature il 14 marzo e sulla rivista Astrophysical Journal. La ricerca è l’esempio più recente delle scoperte provenienti dal nuovo osservatorio internazionale  ALMA. ALMA, che sta per Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), è un array di 66 radiotelescopi situati nel deserto di Atacama in Cile.

Queste galassie convertono enormi quantità di gas e polvere cosmica in nuove stelle a un ritmo velocissimo – molte centinaia di volte più velocemente che nelle galassie a spirale come la nostra Via  Lattea. Guardando lontano nello spazio galassie così distanti la cui luce ha impiegato miliardi di anni per raggiungerci, gli astronomi possono osservare il periodo iniziale della vita delle galassie.

Credit: ALMA (ESO/NRAO/NAOJ), L. Calçada (ESO), Y. Hezaveh et al.

“Anche se queste galassie sono tra gli oggetti più luminosi dell’universo, sono molto difficili da osservare con i telescopi in grado di rilevare la luce visibile, come ad esempio il telescopio spaziale Hubble,” ha dichiarato Daniel Marrone, professore assistente presso lo Steward Observatory dell’Università e uno degli autori della ricerca. La ragione,  ha spiegato Marrone, è che queste galassie giovani sono avvolte in dense nubi di polvere. “Invece noi usiamo ALMA per cercare proprio la luce proveniente dalla stessa polvere. Per ALMA, questi sono alcuni degli oggetti più luminosi nel cielo al di fuori della nostra galassia.”

Il team internazionale di ricercatori ha scoperto che queste galassie sono ancora più lontane del previsto. Ciò significa che, in media, la formazione stellare è avvenuta 12 miliardi di anni fa, quando l’universo aveva poco meno di 2 miliardi di anni – un miliardo di anni prima di quanto si pensasse in precedenza.

Due di queste galassie sono le più lontane galassie mai viste nel loro genere, così lontane che la loro luce ha iniziato il suo viaggio quando l’universo aveva solo 1 miliardo di anni. soprattutto una di queste galassie ha fatto registrare la nascita di stelle più veloce mai registrata e sempre fra queste galassie sono state riconosciute molecole di acqua: sono le galassie più lontane nelle quali sia ma istata rilevata dell’acqua.

Il team ha utilizzato la sensibilità  di ALMA per catturare la luce proveniente da 26 di queste galassie. Le molecole di monossido di carbonio, un gas velenoso che è anche la seconda molecola più abbondante nell’universo, si creano durante la formazione stellare di gas in queste galassie ed emettono luce a lunghezze d’onda specifiche. Misurando le lunghezze d’onda, gli astronomi possono calcolare quanto tempo è durato il viaggio della luce e in tal modo riescono a posizionare ogni galassia al punto giusto della storia cosmica.

“La sensibilità di ALMA ci ha permesso di fare in pochi minuti ciò che finora avrebbe richiesto diverse notti di osservazione”, ha detto Joaquin Vieira, studioso  presso il California Institute of Technology e autore principale dell’articolo su Nature.

Gli astronomi hanno usato solo 16 delle 66 antenne di ALMA, perché l’osservatorio è ancora in costruzione, ma una volta completato ALMA sarà ancora più sensibile e sarà in grado di rilevare anche le galassie più deboli.

Per ora, la squadra mira a rilevare quelle più luminose. E ha approfittato anche di un’aiuto anche da parte della natura: grazie ad un effetto previsto dalla teoria generale della relatività di Einstein la galassie appaiono più luminose.

“La lente gravitazionale fa sì che la luce proveniente da galassie lontane tracci un grande cerchio intorno alla galassia ingrandita”, ha spiegato Justin Spilker, che ha analizzato i dati ALMA e ha contribuito a creare le immagini che rivelano le strutture delle galassie.

“Questo le rende molto più facili da vedere, e usiamo la nostra comprensione della gravità per eliminare l’effetto del ‘lensing’ e ricreare la struttura della galassia lontana. La massa di queste galassie lontane ci fornisce telescopi naturali per visualizzare oggetti ancora più lontani.”

L’analisi della distorsione rivela che alcuni delle lontane formazioni stellari sono  brillanti come 40 mila miliardi (40 milioni di milioni) di soli, e la lente gravitazionale ha aumentato questo valore fino a 22 volte.

“E’ stato emozionante essere tra i primi ad utilizzare ALMA per studiare l’universo”, ha aggiunto Spilker. “Stiamo cercando di utilizzare le molecole che vediamo per spiegare come e perché queste galassie sono stati così attive subito dopo il Big Bang.”