ALMA Trova l’Acqua nell’Universo Primordiale

05 Nov 2021 ALMA Trova l’Acqua nell’Universo Primordiale

Grazie a nuove osservazioni del radiotelescopio Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), gli scienziati hanno rilevato la radiazione emessa da molecole d’acqua in una galassia distante ben 12,88 miliardi di anni luce dalla Terra, risalente a un’epoca in cui l’Universo si stava appena illuminando di luce stellare. La scoperta della presenza di acqua e di monossido di carbonio in abbondanza in tempi così remoti della storia universale suggerisce che il cosmo era già attivo nel formare molecole poco dopo la comparsa degli elementi pesanti forgiati nel cuore delle prime stelle.

La rilevazione di queste due molecole in abbondanza suggerisce che l’Universo era già attivo nel formare molecole poco dopo che i primi elementi vennero forgiati nelle fornaci nucleari delle prime stelle. La nuova ricerca comprende lo studio più dettagliato ad oggi del contenuto di gas molecolare di una galassia dell’Universo primordiale, e la rilevazione più distante di H2O in una galassia di tipo regolare, attiva nel formare nuove stelle.

SPT0311-58 è un sistema composto da due galassie ed è stato osservato per la prima volta da ALMA nel 2017. La coppia galattica primordiale risale all’epoca della reionizzazione, quando l’Universo aveva appena 780 milioni di anni, circa il 5 percento della sua età attuale. In quel periodo si formavano le prime galassie e le prime stelle invadevano il cosmo di luce. Secondo gli scienziati le due galassie sono coinvolte in una fusione e la loro forsennata formazione di nuove stelle fa sì che utilizzino gradualmente tutto il gas a disposizione, trasformandosi via via in massicce galassie ellittiche, come quelle che oggi osserviamo nell’Universo locale. “Utilizzando dati di ALMA ad alta risoluzione del gas molecolare nella coppia di galassie SPT0311-58 abbiamo individuato sia molecole d’acqua che di monossido di carbonio nella più grande delle due galassie. Ossigeno e carbonio, in particolare, sono elementi di prima generazione e, nella forma molecolare di monossido di carbonio e acqua, sono elementi fondamentali per la vita che conosciamo”, afferma Sreevani Jarugula dell’University of Illinois, a guida dello studio.

“Questa è la galassia più massiccia nota attualmente a quella remota distanza, nel periodo in cui l’Universo era molto giovane. Contiene quantità di gas e polveri maggiori rispetto ad altre galassie del cosmo primordiale, pertanto fornisce molteplici opportunità di osservare molecole, nonchè la possibilità di comprendere meglio come gli elementi alla base della vita abbiano influenzato l’evoluzione dell’Universo sin dalla sua infanzia”. L’acqua, in particolare, è la terza molecola più abbondante nel cosmo, dopo l’idrogeno molecolare e il monossido di carbonio. Studi precedenti sulle galassie in generale avevano utilizzato la correlazione tra l’emissione dell’acqua e la radiazione emessa dalle polveri cosmiche nel lontano infrarosso. “La polvere assorbe la radiazione ultravioletta delle stelle nella galassia e la ri-emette come fotoni nel lontano infrarosso”, spiega Jarugula. “Questo meccanismo eccita le molecole d’acqua, dando luogo all’emissione osservabile dagli astronomi. Nel nostro caso, questo processo fisico ci ha aiutato a rilevare radiazioni emesse da molecole d’acqua nella galassia massiccia”.

“Le prime galassie formavano stelle a un tasso un migliaio di volte superiore rispetto a quello della Via Lattea. Studiare il contenuto di gas e polveri di quelle giovani galassie ci fornisce informazioni sulle loro proprietà, ad esempio su quante nuove stelle si formino, sul tasso a cui il gas viene convertito in stelle, sul modo in cui le galassie interagiscono tra loro e con il mezzo interstellare”. Secondo Jarugula abbiamo ancora molto da imparare su SPT0311-58 e su altre galassie primordiali. “Questo studio non soltanto suggerisce dove, e sino a quale distanza, si trovi l’acqua nell’Universo, ma pone anche una domanda fondamentale: come è possibile che vi sia stata una tale quantità di gas e polveri per far nascere intere galassie in tempi così antichi della storia universale? La risposta richiede ulteriori studi su galassie simili a queste, per comprendere meglio la formazione e l’evoluzione strutturale del giovane Universo”. Lo studio è pubblicato su The Astrophysical Journal.

Nell’immagine rappresentazione artistica della coppia di galassie SPT0311-58
Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/S. Dagnello (NRAO)

https://public.nrao.edu/news/alma-scientists-detect-signs-of-water-in-a-galaxy-far-far-away/

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