L’infanzia turbolenta di una super galassia

Credit: NASA, ESA, Z. Levay and G. Bacon (Space Telescope Science Institute)

Assistere alla nascita di un bambino è una delle esperienze più emozionanti della vita. Pensate, allora, come dev’essere stato per un gruppo di astronomi fare da spettatori alle prime fasi della formazione di una galassia massiccia, processo finora solo teorizzato. Il cantiere cosmico, soprannominato Sparky, è un nucleo galattico denso e sfolgorante, illuminato da milioni di stelle appena nate e che si sono formate a un ritmo a dir poco velocissimo. La scoperta è stata realizzata grazie ai dati ottenuti dal telescopio orbitante di NASA/ESA Hubble, da Spitzer della NASA e dall’osservatorio spaziale dell’ESA Herschel, mentre a Terra è stato utilizzato il W.M. Keck Observatory alle Hawaii. Lo studio è stato pubblicato di recente su Nature.

Gli astronomi hanno osservato il centro pulsante della galassia, GOODS-N-774,  come appariva in un’epoca prossima a quella della sua formazione, 11 miliardi di anni fa (“solo” tre miliardi di anni dopo il Big Bang). Gli esperti ritengono che la galassia compatta abbia poi continuato a crescere, magari diventando una galassia ellittica gigante.

“Non avevamo mai assistito a un processo di formazione simile e in grado che di creare una galassia così densa”, ha spiegato Erica Nelson della Yale University a New Haven, Connecticut, prima autrice dello studio. “Abbiamo il sospetto che questo sia un caso eccezionale nell’Universo primordiale. L’Universo che conosciamo oggi non sarebbe in grado di formare un simile nucleo galattico”.

Nell’immagine è possibile osservare il centro della galassia GOODS-N-774, fotografato dalla Wide Field Camera 3 e dalla Advanced Camera for Surveys di Hubble. Il nucleo è stato evidenziato con un riquadro. Credit: NASA, ESA, ed E. Nelson (Yale University, USA)

Paragonata alla Via Lattea, la galassia avvistata da Hubble, Spitzer ed Herschel è molto meno estesa ma già contiene una massa circa doppia di quella posseduta dalla nostra Galassia, tutta concentrata, sotto forma di stelle, gas e polveri, in una regione di soli 6.000 anni luce di diametro (basti pensare che la Via Lattea ha un diametro di circa 100.000 anni luce). La galassia appena scoperta può essere la capofila di una popolazione molto più grande di oggetti simili che sono, però, oscurati dalla polvere. “Sono ambienti molto estremi”, ha detto Nelson. “È come una fucina medievale dove si forgiano nuove stelle: c’è un sacco di turbolenza e movimenti caotici. Se fossimo al suo interno, il cielo che vedremmo sarebbe illuminato dalla luce delle giovani stelle e sarebbe attraversato da polvere, gas e resti di astri esplosi”.

Dopo averne determinato le dimensioni con le immagini di Hubble, il team ha indagato tra i dati d’archivio dei telescopi nell’infrarosso Spitzer e Herschel per capire quale sia stato a quell’epoca il tasso di formazione stellare della galassia. I risultati indicano che Sparky sta producendo circa 300 stelle ogni anno (in confronto, la Via Lattea produce circa 10 stelle all’anno). Il ritmo è davvero forsennato e gli scienziati hanno anche trovato una spiegazione: sembrerebbe che il centro galattico si sia formato all’interno di un pozzo gravitazionale di materia oscura, una forma invisibile di materia che costituisce l’impalcatura su cui si sono formate le galassie nell’Universo primordiale. Enormi quantità di gas confluirebbero all’interno di questo pozzo innescando così la formazione stellare.

L’enorme quantità di gas e polveri all’interno di una regione di formazione stellare estrema come questa può spiegare perché queste galassie compatte hanno eluso la caccia condotta loro dagli astronomi fino ad ora. La formazione di nuove stelle produce come ‘effetto collaterale’ anche la massiccia emissione nello spazio di polvere, che si accumula all’interno della galassia bloccando quasi completamente, come un gigantesco bozzolo, la luce delle stelle al suo interno. Sparky, infatti, era a malapena visibile e la sua scoperta ha richiesto l’unione di diversi strumenti: la Wide Field Camera 3 di Hubble, e poi Spitzer e Herschel che hanno osservato nella banda infrarossa le fasi di crescita della galassia. Gli esperti pensano che Sparky abbia mantenuto questo ritmo forsennato di formazione stellare per oltre un miliardo di anni. Poi, la galassia avrebbe rallentato la produzione fino a fermarsi. Con il passare del tempo GOODS-N-774 avrebbe fagocitato galassie satelliti più piccole, espandendosi verso così nei successivi 10 miliardi di anni, fino ad arrivare, nell’epoca attuale, a delle dimensioni mastodontiche.

“Abbiamo cercato questa galassia per anni, e finalmente siamo riusciti a individuarla”, ha detto un membro del team di ricerca Pieter van Dokkum, dell’Università di Yale. “Adesso sospettiamo ci siano altre galassie come questa che sono ancora più deboli nel vicino infrarosso”. Sicuramente con i telescopi a raggi infrarossi del futuro, come il James Webb Space Telescope della NASA, gli scienziati riusciranno a “scavare” nella polvere cosmica per trovare altri oggetti simili.

Per saperne di più:

Leggi QUI lo studio pubblicato su Nature: “A massive galaxy in its core formation phase three billion years after the Big Bang”, di Erica Nelson et al.

Fonte: Media INAF | Scritto da Eleonora Ferroni