21 Mag 2020 Un Disco Galattico in Rotazione nell’Universo primordiale
Gli astronomi hanno scoperto una galassia a disco ben formata che ha raggiunto la considerevole massa di 70 miliardi di masse solari ben un miliardo e mezzo di anni dopo il Big Bang, quando il cosmo aveva appena il dieci percento della sua età attuale. I risultati suggeriscono di rivedere gli attuali modelli teorici di formazione delle galassie. Lo studio è pubblicato su Nature.
Le galassie si formano all’interno di aloni di materia oscura, che hanno una densità considerevolmente più elevata rispetto alla materia circostante nella vasta rete cosmica. Queste concentrazioni di materia oscura attraggono naturalmente la materia ordinaria che si trova lungo i filamenti della struttura a vasta scala del cosmo. Le stelle, poi, si formano quando regioni più piccole all’interno di una nube di gas molecolare collassano e si riscaldano. Ma perché ciò avvenga, il gas deve essere sufficientemente freddo, a circa 10 gradi Celsius al di sopra dello zero assoluto. In simili condizioni, la formazione di galassie a disco massicce come la nostra è un processo lungo e complesso. Secondo le attuali teorie, gran parte delle galassie crescono attraverso collisioni e fusioni con galassie più piccole. Questi violenti processi portano al riscaldamento del gas quando le nubi collidono e si formano fronti d’urto, rallentando il processo di formazione stellare.
Eppure, potrebbe esserci uno scenario alternativo: il gas già freddo fluisce direttamente nelle galassie in formazione attraverso i filamenti di materia oscura che compongo la rete cosmica, permettendo la nascita di massicce galassie a disco in tempi molto più brevi. Fondamentalmente i meccanismi sarebbero due: uno scenario “caldo” in base al quale occorre che il gas caldo si raffreddi per un lungo periodo di tempo prima che si formi un vero e proprio disco, e il modello più recente dell’accrescimento “a freddo”, in base al quale il gas freddo viene inglobato direttamente in una giovane galassia, in modo da creare un disco su tempi scala ridotti. Individuare una galassia a disco così ben formata e così antica suggerisce che il secondo scenario potrebbe rivestire un ruolo fondamentale nella formazione delle galassie.
La Galassia DLA0817g, soprannominata Disco di Wolfe dal nome dell’astronomo Arthur M. Wolfe, è la galassia a disco rotante più remota mai osservata. Grazie alle capacità del radiotelescopio ALMA è stato possibile vedere l’oggetto così come era quando l’Universo aveva soltanto il dieci percento della sua età attuale. La galassia ruota con velocità di 272 chilometri al secondo, in modo analogo alla Via Lattea. “Anche se studi precedenti avevano suggerito l’esistenza di simili galassie a disco primordiali ricche di gas, grazie ad ALMA ora abbiamo l’evidenza certa che esistevano già un miliardo e mezzo di anni dopo il Big Bang”, spiega Marcel Neeleman del Max Planck Institute for Astronomy ad Heidelberg, primo autore dello studio.
“Gran parte delle galassie scoperte nell’Universo primordiale sembrano un po’ come ‘disastri ferroviari’, in quanto sono andate soggette a frequenti e violente fusioni”, spiega Neeleman. “Queste precoci fusioni rendono complessa la formazione di dischi rotanti ben ordinati come quelli che osserviamo nell’Universo locale”. Secondo gli scenari più accreditati sulla formazione galattica, le galassie iniziarono a sfoggiare un disco ben formato soltanto 6 miliardi di anni dopo il Big Bang. La scoperta della galassia oggetto dello studio suggerisce, invece, che occorra individuare altri processi di crescita per le antiche galassie. “Riteniamo che il Disco di Wolfe sia cresciuto principalmente attraverso l’accrescimento di gas freddo”, afferma Xavier Prochaska dell’University of California, Santa Cruz, tra gli autori dello studio. “Eppure rimane aperta una domanda: come è stato possibile l’assemblarsi di una così ingente massa di gas, mantenendo un disco rotante relativamente stabile?”.
Immagine radio ripresa da ALMA del Disco di Wolfe Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), M. Neeleman; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello
Il team ha utilizzato il Very Large Array (VLA) e il telescopio Hubble per indagare sulla formazione stellare nella galassia. Mentre il radiotelescopio ALMA ha osservato i moti e la massa di gas e polveri, il VLA ha misurato la quantità di gas molecolare, materia prima per la nascita delle stelle, e il telescopio Hubble ha osservato in luce infrarossa le stelle massicce. “Il tasso di formazione stellare nel Disco di Wolf è almeno dieci volte maggiore rispetto a quello della nostra galassia”, afferma Prochaska. “Deve essere una delle galassie a disco più feconde dell’Universo primordiale”.
Il Disco di Wolfe venne scoperto per la prima volta da ALMA nel 2017: il team individuò la galassia esaminando la luce emessa da un quasar più distante. In effetti la radiazione del quasar è stata assorbita da una vasta riserva di idrogeno circostante la galassia massiccia, durante il suo passaggio attraverso di essa. Questo fenomeno rende possibile scoprire galassie remote altrimenti troppo deboli da individuare. “Il fatto di avere scoperto il Disco di Wolfe utilizzando questo metodo ci suggerisce che l’oggetto appartenga alla popolazione normale di galassie presenti nel cosmo in quel remoto periodo”, spiega Neeleman. “Quando, grazie alle nostre più recenti osservazioni con ALMA, abbiamo scoperto che, sorprendentemente, la galassia ruota, abbiamo capito che i dischi galattici primordiali in rotazione non sono così rari come pensavamo e che pertanto devono essercene molti altri là fuori”.
Nell’immagine rappresentazione artistica del Disco di Wolfe
Credit: NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello
https://public.nrao.edu/news/alma-discovers-massive-rotating-disk-in-early-universe/
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