Comunicato Stampa

Individuate per la prima volta alcune galassie oscure dell'Universo primordiale

11 Luglio 2012

Per la prima volta sono state individuate delle galassie oscure - una fase iniziale della formazione delle galassie, prevista dalla teoria ma finora mai osservata. Questi oggetti sono sostanzialmente galassie ricche di gas, ma senza stelle. Utilizzando il VLT (Very Large Telescope) dell'ESO, un'equipe internazionale ha rivelato questi oggetti sfuggenti osservando la luce da essi emessa quando vengono illuminati da un quasar.

Le galassie oscure sono piccole galassie ricche di gas dell'Universo primordiale, poco efficienti nella formazione stellare. Sono previste da alcune teorie di formazione delle galassie e si pensa che siano i mattoni costitutivi delle galassie odierne, brillanti e piene di stelle. Gli astronomi pensano che possano aver fornito la maggior parte del gas alle grandi galassie che in seguito hanno formato le stelle che vediamo oggi.

Poichè sono sostanzialmente prive di stelle, queste galassie oscure non emettono molta luce e ciò le rende molto difficili da individuare. Per anni gli astronomi hanno cercato di sviluppare nuove tecniche per confemare l'esistenza di queste galassie. Piccoli assorbimenti nello spettro di sorgenti di fondo avevano fatto pensare alla loro presenza. In questa nuova ricerca questi oggetti sono stati osservati direttamente per la prima volta.

"Il nostro approccio al problema della rivelazione di una galassia oscura è stato semplicemente quello di illuminarle con una lampada molto brillante" spiega Simon Lilly (ETH Zurigo, Svizzera), coautore dell'articolo. "Abbiamo cercato la luce fluorescente di un gas illuminato dalla luce ultravioletta di un quasar vicino e molto brillante. La luce del quasar fa splendere la galassia oscura attraverso un processo simile a quello per cui i vestiti bianchi si illuminano grazie alle lampade ultraviolette nelle sale da ballo" [1].

L'equipe ha sfruttato la grande area di raccolta, la sensibilità del VLT (Very Large Telescope) e una serie di esposizioni molto lunghe per rivelare la debole fluorescenza delle galassie oscure. Hanno utilizzato lo strumento FORS2 per il rilievo di una zona di cielo intorno al quasar brillante [2] noto come HE 0109-3518, cercando la luce ultravioletta che viene emessa dall'idrogeno gassoso soggetto a un'intensa radiazione. A causa dell'espansione dell'Universo, questa luce viene di fatto osservata in una banda violetta quando arriva al VLT. [3]

"Dopo molti anni di tentativi di rivelare l'emissione di fluorescenza dalle galassie oscure, i nostri risultati mostrano le potenzialità del nostro metodo per scoprire e studiare questi oggetti affascinanti e finora invisibili", dice Sebastiano Cantalupo (University of California, Santa Cruz, USA), primo autore della ricerca.

L'equipe ha trovato quasi 100 oggetti gassosi entro pochi milioni di anni luce dal quasar. Dopo un'attento vaglio per escludere gli oggetti in cui l'emissione potrebbe essere prodotta da formazione stellare interna alle galassie, piuttosto che alla luce del quasar, la ricerca si è infine ristretta a una dozzina di oggetti. Queste sono finora le identificazioni più convincenti di galassie oscure nell'Universo primordiale.

Gli astronomi sono anche stati in grado di determinare alcune delle proprietà delle galassie oscure. Stimano che la massa del gas in esse contenuto sia circa 1 miliardo di volte la massa del Sole, valore tipico per galassie di piccola massa e ricche di gas nell'Universo primordiale. Sono stati anche in grado di stimare che l'efficienza di formazione stellare è soppressa di un fattore superiore a 100, rispetto alle tipiche galassie che formano stelle in un'epoca cosmica equivalente [4]

"Le nostre osservazioni con il VLT hanno fornito la prova dell'esistenza di nubi oscure, compatte e isolate. Con questo studio abbiamo fatto un passo avanti fondamentale verso la rivelazione e la comprensione dei primi stadi sconosciuti della formazione delle galassie e di come le galassie abbiano acquisito il loro gas." conclude Sebastiano Cantalupo.

Lo spettrografo MUSE a campo integrale, in prova al VLT nel 2013, sarà uno strumento molto potente per lo studio di questi oggetti.

Note

[1] La fluorescenza è l'emissione di luce da parte di una sostanza illuminata da una sorgente luminosa. Nella maggior parte dei casi la luce emessa ha una lunghezza d'onda maggiore di quella della sorgente luminosa. Per esempio, le lampade fluorescenti trasformano la radiazione ultravioletta - invisibile ai nostri occhi - in luce visibile. La fluorescenza appare naturalmente in alcuni composti, come rocce o minerali, ma può anche essere aggiunta di proposito, come nei detergenti che contengono sostanze chimiche fluorescenti per far apparire più bianchi i tessuti alla luce naturale.

[2] I quasar sono galassie molto brillanti, grandi e lontane che si pensa siano alimentate da buchi neri supermassicci nel nucleo. La loro luminosità li rende dei fari molto potenti che aiutano ad illuminare la zona circostante, per sondare l'epoca in cui si formavano le prime stelle e le prime galassie a partire dal gas primordiale.

[3] Questa emissione dell'idrogeno è nota come radiazione Lyman-alfa e viene prodotta quando gli elettroni degli atomi dell'idrogeno cadono dal penultimo all'ultimo livello di energia. È un tipo di luce ultravioletta. Poichè l'Universo è in espansione, la lunghezza d'onda della luce emessa viene "stirata" mentre attraversa lo spazio. Più spazio l'onda deve percorre e più la lunghezza d'onda aumenta. Il rosso rappresenta la lunghezza d'onda più lunga visibile al nostro occhio, perciò questo processo, che è letteralmente uno spostamento in lunghezza d'onda verso la parte rossa dello spettro, prende il nome di red-shift, cioè spostamento verso il rosso. Il quasar HE 0109-3518 si trova ad un redshift z=2,4 e la luce ultravioletta delle galassie oscure viene spostata verso lo spettro visibile. Un filtro a banda stretta è stato progettato appositamente per isolare la lunghezza d'onda specifica della luce fluorescente "spostata verso il rosso". Il filtro è centrato a circa 414,5 nanometri per catturare l'emissione Lyman-alfa a cui è applicato un redshift di 2,4 (ciò corrisponde a una tonalità di violetto) e ha una banda passante larga solo 4 nanometri.

[4] L'efficienza di formazione stellare si calcola come la massa delle stelle di nuova formazione diviso la massa del gas disponibile per formarle. L'equipe trova che questi oggetti avebbero bisogno di più di 100 miliardi di anni per convertire il loro gas in stelle. Questo risultato è in accordo con studi teorici recenti che hanno suggerito che, ad alto redshift, aloni di bassa massa ma ricchi di gas possono avere un tasso di formazione stellare molto basso come conseguenza del basso contenuto di metalli.

Ulteriori Informazioni

Questo lavoro è stato presentato nell'articolo "Detection of dark galaxies and circum-galactic filaments fluorescently illuminated by a quasar at z=2.4", di Cantalupo et al., che verrà pubblicato nella rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

L'equipe è composta da Sebastiano Cantalupo (University of California, Santa Cruz, USA), Simon J. Lilly (ETH Zurigo, Svizzera) e Martin G. Haehnelt (Kavli Institute for Cosmology, Cambridge, Regno Unito).

Nel 2012 cade il 50^o anniversario della fondazione dell'ESO (European Southern Observatory, o Osservatorio Australe Europeo).  L'ESO è la principale organizzazione intergovernativa di Astronomia in Europa e l'osservatorio astronomico più produttivo al mondo. È sostenuto da 15 paesi: Austria, Belgio, Brasile, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Gran Bretagna, Italia, Olanda, Portogallo, Repubblica Ceca, Spagna, Svezia, e Svizzera. L'ESO svolge un ambizioso programma che si concentra sulla progettazione, costruzione e gestione di potenti strumenti astronomici da terra che consentano agli astronomi di realizzare importanti scoperte scientifiche. L'ESO ha anche un ruolo di punta nel promuovere e organizzare la cooperazione nella ricerca astronomica. L'ESO gestisce tre siti osservativi unici al mondo in Cile: La Silla, Paranal e Chajnantor. Sul Paranal, l'ESO gestisce il Very Large Telescope, osservatorio astronomico d'avanguardia nella banda visibile e due telescopi per survey. VISTA, il più grande telescopio per survey al mondo, lavora nella banda infrarossa mentre il VST (VLT Survey Telescope) è il più grande telescopio progettato appositamente per produrre survey del cielo in luce visibile. L'ESO è il partner europeo di un telescopio astronomico di concetto rivoluzionario, ALMA, il più grande progetto astronomico esistente. L'ESO al momento sta progettando l'European Extremely Large Telescope o E-ELT (significa Telescopio Europeo Estremamente Grande), della classe dei 40 metri, che opera nell'ottico e infrarosso vicino e che diventerà "il più grande occhio del mondo rivolto al cielo".

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Zurich, Switzerland
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Questa è una traduzione del Comunicato Stampa dell'ESO eso1228.