La struttura delle galassie primordiali studiata grazie ad Alma

ann13016aIl telescopio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), situato ad oltre 5000 metri di quota nel deserto di Atacama in Cile (una bella vista da Google Maps), è un enorme radio-interferometro di ultima generazione composto da 66 antenne radio di 12 o 7 metri di diametro che osservano la banda radio alle lunghezze d’onda millimetriche e sub-millimetriche. Questo osservatorio cosmico, completato nel 2013 e costato circa un miliardo di dollari alla collaborazione tra Europa, Nord America, Asia e Repubblica del Cile, ha tra le proprie missioni scientifiche lo studio della nascita delle prime stelle nell’universo primordiale, poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang. In quell’epoca remota – ricordiamo che l’Universo oggi ha circa 13.7 miliardi di anni – il Cosmo era una massa scura e opaca di gas in cui iniziavano a formarsi per collasso gravitazionale le prime stelle e galassie, dando il via al processo, noto come reionizzazione, che avrebbe reso lo spazio intergalattico trasparente alla luce ultravioletta, così come lo vediamo oggi.
Grazie ad ALMA per la prima volta si può studiare la struttura delle galassie primordiali responsabili della reionizzazione: un team di astronomi guidati da Roberto Maiolino (Cavendish Laboratory and Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, United Kingdom) ha studiato la tenue radiazione emessa dal carbonio ionizzato all’interno delle nubi di gas in cui avviene la formazione delle prime stelle. Tra gli autori dell’articolo – pubblicato sulla rivista Monthly Notices of the Royal Academical Society (LINK) – Andrea Ferrara, Simona Gallerani e Livia Vallini, della Scuola Normale Superiore.
I ricercatori, anzichè concentrarsi su oggetti rari come quasars e galassie particolarmente brillanti, hanno studiato galassie “normali” come quelle che furono per la gran parte responsabili della reionizzazione, e che sono le progenitrici delle galassie come la Via Lattea. Da uno di questi oggetti — BDF 3299 — il segnale prodotto dal carbonio ionizzato proveniva non dal centro ma da una zona periferica. Secondo Andrea Ferrara, professore di cosmologia alla Scuola Normale Superiore e co-autore dell’articolo: «Questa è l’identificazione del più distante segnale prodotto dal carbonio in una galassia normale, a meno di un miliardo di anni dopo il Big Bang. Questo risultato ci dà l’opportunità di osservare il processo di formazione delle prime galassie. Per la prima volta stiamo vedendo galassie primordiali non come ammassi indistinti di materia, ma come oggetti dotati di una struttura interna».

Gli astronomi ritengono che la posizione periferica dell’emissione da carbonio sia dovuta alle condizioni estreme all’interno della galassia, dovute alla forte radiazione prodotta dalle prime stelle e dalle esplosioni di supernova. Queste osservazioni, unite alle simulazioni numeriche che studiano la formazione delle prime strutture, ci permetteranno di avere un’idea più chiara di queste fasi complesse e cruciali per la comprensione dell’Universo. BDF 3299 potrebbe essere un tipico esempio di galassia responsabile della reionizzazione.

“E’ da molti anni che cerchiamo di capire il mezzo interstellare e la formazione delle sorgenti responsabili della reionizzazione. Finalmente possiamo verificare predizioni e ipotesi tramite dati reali di ALMA, un momento entusiasmante che ci da risposte e pone nuovi interrogativi,” aggiunge Andrea Ferrara.