Un’equipe internazionale di astronomi, guidati da Nicolas Laporte dell’University College di Londra, hanno usato il telescopio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) per osservare A2744_YD4, la galassia più giovane e più distante mai osservata da ALMA. Soprendentemente hanno trovato che questa giovane galassia contiene molta polvere interstellare – polvere formata dalla morte di una generazione precedente di stelle.
Osservazioni successive con lo strumento X-shooter sul VLT (Very Large Telescope) dell’ESO hanno confermato l’enorme distanza di A2744_YD4. La galassia ci appare com’era quando l’Universo aveva solo 600 milioni di anni, durante il periodo in cui si stavano formando le prime stelle e le prime galassie [1].
“Non solo A2744_YD4 è la galassia più distante mai osservata da ALMA,” commenta Nicolas Laporte, “ma trovare così tanta polvere indica che una generazione precedente di supernove deve aver ‘inquinato’ questa galassia.“
Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NASA, ESA, ESO and D. Coe (STScI)/J. Merten (Heidelberg/Bologna)
La polvere cosmica è composta per la maggior parte da silicio, carbonio e alluminio, in grani piccolissimi, fino a un milionesimo di centimetro. Gli elementi chimici presenti nei grani sono formati all’interno delle stelle e vengono sparsi nel cosmo quando le stelle muoiono, nel modo più spettacolare attraverso un’esplosione di supernova, l’atto finale della vita breve e intensa delle stelle più massicce. Oggi la polvere è abbondante e rappresenta un elemento chiave nella formazione di stelle, planeti e molecole complesse; nell’Universo primordiale, invece, prima che le prime generazioni di stelle terminassero la propria vita, era molto scarsa.
Le osservazioni della galassia polverosa A2744_YD4 sono state possibili perchè questa galassia si trova dietro a un ammasso di galassie massiccio chiamato Abell 2744 [2]. Grazie a un fenomeno noto come lente gravitazionale, l’ammasso agisce come un gigantesco ‘telescopio’ cosmico e ingrandisce la galassia più distante, A2744_YD4, circa 1,8 volte, permettendo così all’equipe di osservare una zona più lontana dell’Universo.
Le osservazioni di ALMA hanno anche trovato emissione di ossigeno ionizzato proveniente da A2744_YD4. È la più distante, e cioè la più antica nel tempo, rivelazione di ossigeno nell’Universo, e batte un precedente risultato di ALMA risalente al 2016.
L’osservazione di polvere nell’Universo primordiale fornisce nuove informazioni sull’epoca in cui sono esplose le prime supernove e perciò il momento in cui le prime stelle caldissime hanno inondato l’Universo di luce. Determinare l’epoca di questa “alba cosmica” è uno dei santi graal dell’astronomia moderna e questa può essere sondata indirettamente attraverso lo studio della polvere interstellare primordiale.
L’equipe stima che A2744_YD4 contenesse una quantità di polvere equivalente a 6 milioni di volte la massa del Sole, mentre la massa totale delle stelle della galassia – o massa stellare – era di 2 miliardi di volte la massa del Sole. L’equipe ha misurato anche il tasso di formazione stellare di A2744_YD4 e ha trovato che le stelle si stanno formando con un tasso pari a 20 masse solari per anno – da confrontare con una massa solare all’anno nella Via Lattea [3].
“Questo tasso non è insolito per una galassia così distante, ma ci mostra come la polvere di A2744_YD4 si sia formata velocemente,” spiega Richard Ellis (ESO e University College di Londra), coautore del lavoro. “È sorprendente verificare che il tempo richiesto è di soli 200 milioni di anni – stiamo osservando questa galassia poco dopo la sua formazione.”
Ciò significa che un episodio di formazione stellare significativo è iniziato circa 200 milioni di anni prima dell’epoca in cui si osserva la galassia. È una grande opportunità che ALMA aiuti a studiare l’era in cui le prime stelle e le prime galassie si sono letteralmente “accese” – le epoche più antiche mai sondate. Il nostro Sole, il nostro pianeta e la nostra esistenza sono il prodotto – 13 miliardi di anni dopo – di queste prime generazioni di stelle. Studiando la loro formazione, le loro vite e la loro morte stiamo esplorando le nostre origini.
“Con ALMA, le prospettive per osservazioni più profonde e più estese di galassie simili a questa in queste epoche così lontane sono molto promettenti“, commenta Ellis.
E Laporte conclude: “Ulteriori misure di questo tipo ci danno una prospettiva esaltante di poter tracciare la formazione stellare precoce e la creazione di elementi chimici più pesanti anche più indietro verso l’Universo primordiale“.
Note
[1] Questo periodo corrisponde a un redshift di z=8,38, durante l’epoca di re-ionizzazione.
[2] Abell 2744 è un oggetto massiccio, a circa 3,5 miliardi di anni luce da noi (redshift = 0,308), che si pensa sia il risultato di quattro ammassi di galassie più piccoli in collisione. È stato soprannominato Ammasso di Pandora poichè mostra molti fenomeni strani e diversi scatenati dall’enorme collisione avvenuta durante un periodo di circa 350 milioni di anni. Le galassie rappresentano circa il 5% della massa dell’ammasso, mentre la materia oscura ne rappresenta il 75%, fornendo l’attrazione gravitazionale necessaria per distorcere e ingrandire la luce degli oggetti sullo sfondo. Il restante 20% della massa si trova sotto forma di gas caldo.
[3] Questo tasso implica che la massa totale delle stelle formate ogni anno è equivalente a 20 volte la massa del Sole.
