ALMA osserva le galassie primordiali

Questa immagine mostra il primo piano di una selezione di quste galassie. Le osservazioni di ALMA, a lunghezze d’onda sub-millimetriche, sono visualizzare in arancione/rosso e sovrapposte all’immagine infrarossa della regione come vista dalla camera IRAC sul telescopio spaziale Spitzer.
La mappa finora migliore di queste lontane galassie polverose è stata realizzata con il telescopio APEX (Atacama Pathfinder Experiment), ma le osservazioni di APEX non erano abbastanza nitide per identificare queste galassie senza ambiguità nelle immagini ad altre lunghezze d’onda. ALMA ha impiegato appena due minuti per ogni galassia per identificarle all’interno di una regione molto piccola, più di 200 volte minore delle grandi macchie di APEX, e con una sensibilità tre volte maggiore.
Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Hodge et al., A. Weiss et al., NASA Spitzer Science Center

Grazie ad una serie di osservazioni condotte con il complesso dei radiotelescopi ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) un gruppo di astronomi sono stati in grado di individuare più di 100 galassie nell’Universo primordiale che presentano un elevato tasso di formazione stellare . ALMA è così potente che, in sole poche ore, ha effettuato un numero di osservazioni tali da essere paragonate a quelle realizzate da telescopi simili in tutto il mondo nell’arco di più di un decennio.

La fase più intensa della nascita di nuove stelle ha avuto luogo in quelle galassie remote che contenevano molta polvere cosmica. Queste galassie sono fondamentali per comprendere la formazione e l’evoluzione delle galassie nel corso della storia dell’Universo, ma la polvere le oscura e rende difficile la loro identificazione con i telescopi ottici. Per trovarle, gli astronomi devono usare telescopi che analizzano la luce a lunghezze d’onda maggiori, intorno al millimetro, come appunto ALMA. ”Gli astronomi hanno atteso dati come questi per più di un decennio. ALMA è così potente che ha rivoluzionato il modo di osservare queste galassie, anche se il telescopio non era ancora completo quando sono state effettuate le osservazioni“, ha detto Jacqueline Hodge del Max-Planck-Institut für Astronomie. Le immagini migliori delle galassie sono state ottenute con il telescopio APEX (Atacama Pathfinder Experiment), gestito dall’ESO, che ha osservato un pezzetto di cielo che sottende la dimensione della Luna piena, trovando così 126 galassie di questo tipo. Ma nelle immagini di APEX ogni regione di formazione stellare appare come una macchia indistinta, così grande da coprire più di una galassia nelle immagini più nitide fatte ad altre lunghezze d’onda. Senza sapere esattamente quale delle galassie sta producendo stelle, gli astronomi avevano alcune difficoltà ad interpretare la formazione di stelle nell’Universo primordiale. Dunque, per identificare la galassia giusta sono necessarie osservazioni ad alta definizione e perciò serve un telescopio più grande. APEX ha una sola antenna parabolica da 12 metri di diametro, mentre i telescopi come ALMA usano molte antenne simili a quella di APEX sparpagliate su grandi distanze. I segnali di tutte le antenne vengono combinati e l’effetto è quello di un unico telescopio gigante grande come l’intero insieme di antenne. I ricercatori hanno usato inizialmente ALMA per osservare le galassie della mappa di APEX durante la prima fase di osservazioni scientifiche. Usando meno di un quarto del totale di 66 antenne, distribuite su distanze fine a 125 metri, ALMA ha impiegato appena due minuti per ogni galassia per identificarle all’interno di una regione molto piccola, più di 200 volte minore delle grandi macchie di APEX e con una sensibilità tre volte maggiore. ALMA è tanto più sensibile degli altri telescopi del suo genere che in sole poche ore ha raddoppiato il numero totale di osservazioni di questo tipo. Non solo i ricercatori hanno identificato senza ambiguità quale galassia conteneva regioni attive di formazione stellare ma in circa la metà dei casi hanno scoperto che più galassie con formazione di stelle erano confuse in una sola macchia nelle osservazioni precedenti. Insomma, il potere esplorativo di ALMA ha permesso di distinguere le singole galassie. ”Pensavamo che le galassie più brillanti formassero stelle mille volte più vigorosamente della nostra galassia, la Via Lattea, il che le poneva a rischio di disintegrazione. Le immagini di ALMA rivelano la presenza di galassie multiple, più piccole, che formano stelle a tassi in qualche modo più ragionevoli”, ha detto Alexander Karim uno dei membri del gruppo di ricerca. I risultati costituiscono il primo catalago statisticamente affidabile relativo a quelle galassie che presentano un tasso elevato di formazione stellare nell’Universo primordiale e forniscono nuovi indizi indispensabili per proseguire con le ulteriori indagini sulle proprietà di queste galassie a diverse lunghezze d’onda senza rischio di ottenere una interpretazione errata a causa della confusione tra le galassie. Nonostante l’elevato potere esplorativo di ALMA e la sua sensibilità senza pari, telescopi come APEX continuano ad avere un ruolo importante. “APEX può coprire una vasta area di cielo più in fretta di ALMA e perciò è ideale per identificare esattamente queste galassie”, conclude Ian Smail della Durham University.

ALMA: ALMA Pinpoints Early Galaxies at Record Speed

arXiv: An ALMA survey of submillimeter galaxies in the Extended Chandra Deep Field South: Source catalog and multiplicity