Comunicato Stampa

ALMA è testimone, per la prima volta, della costruzione delle galassie nell'Universo primordiale

22 Luglio 2015

ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) è stato usato per rivelare le più distanti nubi di gas con formazione stellare mai viste in una galassia normale nell'Universo primordiale. Le nuove osservazioni permettono agli astronomi di iniziare a vedere come si siano formate le prime galassie e come abbiano rimosso la nebbia cosmica durante l'epoca della re-ionizzazione. Per la prima volta per queste galassie si vede più che una semplice debole macchia.

Quando le prime galassie hanno iniziato a formarsi centinaia di milioni dopo il Big Bang, l'Universo era riempito da una nebbia di idrogeno gassoso. Ma a mano a mano che sorgenti brillanti - stelle e quasar alimentati da enormi buchi neri - hanno iniziato a brillare hanno spazzato via la foschia e reso l'Universo srasparente alla luce ultravioletta [1]. Gli astronomi la chiamano epoca della re-ionizzazione, ma non si conosce molto di queste prime galassie e finora sono state viste solo come piccole macchie. Ora le nuove osservazioni che sfruttano la potenza di ALMA iniziano a cambiare questo stato di cose.

Un'equipe di astronomi, con a capo Roberto Maiolino (Cavendish Laboratory e Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, Regno Unito) ha puntato ALMA verso galassie note per essere viste a circa 800 milioni di anni dopo il Big Bang [2]. Gli astronomi non stavano cercando la luce delle stelle, ma il debole bagliore del carbonio ionizzato [3] proveniente dalle nubi di gas da cui si stavano formando le stelle. Volevano studiare l'interazione tra una giovane generazione di stelle e i grumi freddi che si stavano formando in queste prime galassie.

Non stavano neppure cercando i rari oggetti molto brillanti - come i quasar e le galassie ad alto tasso di formazione stellare - che erano stati visti finora. Invece si sono concentrati su galassie meno spettacolari ma più frequenti, le galassie che hanno re-ionizzato l'Universo e poi si sono lentamente trasformate nelle galassie che vediamo ora intorno a noi.

Da una delle galassie - etichettata come BDF 3299 - ALMA ha potuto raccogliere un segnale debole ma chiaro dal carbonio incandescente. Tuttavia questo bagliore non proveniva dal centro della galassia, ma dalla sua periferia.

Il co-autore Andrea Ferrara (Scuola Normale Superiore, Pisa, Italia) spiega l'importanza di questa scoperta: "Questa è la più lontana osservazione di questo tipo di emissione da una galassia "normale", vista meno di un miliardo di anni dopo il Big Bang. Ci dà l'opportunità di osservare la formazione delle prime galassie. Per la prima volta vediamo le galassie primordiali non come piccole macchie ma come oggetti con una struttura interna!".

Gli astronomi pensano che la posizione non centrale del bagliore osservato sia dovuta al fatto che le nubi centrali vengono distrutte dall'ambiente ostile creato dalle stelle appena formate - sia l'intensa radiazione prodotta che gli effetti delle esplosioni di supernvoa - mentre l'emissione del carbonio indica la posizione del gas freddo che viene aggregato dal mezzo intergalattico.

Combinando le nuove osservazioni di ALMA con simulazioni numeriche è stato possibile capire in dettaglio i processi fondamentali che avvengono nelle prime galassie. Gli effetti della radiazione delle stelle, la sopravvivenza delle nubi molecolari, la fuga di radiazione ionizzante e la struttura complessa del mezzo interstellare si possono ora calcolare e confrontare con le osservazioni. BDF 3299 potrebbe diventare il tipico esempio di galassia responsabile per la re-ionizzazione.

"Per molti anni abbiamo cercato di capire il mezzo interstellare e la formazione delle sorgenti di re-ionizzazione. Poter finalmente verificare le previsioni e le ipotesi con dati reali da ALMA è un momento emozionante e apre tutta una nuova serie di domande. Questo tipo di osservazioni farà luce su molti dei problemi spinosi sulla formazione delle prime stelle e galassie nell'Unvierso", aggiunge Andrea Ferrara.

Roberto Maiolino conclude: "Questo studio sarebbe stato semplicemente impossibile prima di ALMA, nessun altro strumento può raggiungere la sensibilità e la risoluzione spaziale necessarie. Anche se questa è una delle osservazioni più profonde fatte finora con ALMA, lo strumento non ha ancora raggiunto le sue capacità finali. In futuro ALMA produrrà immagini della struttura fine delle galassie primordiali e traccerà in dettaglio la costruzione delle prime galassie".

Note

[1] L'idrogeno neutro gassoso assorbe in modo efficiente tutta la luce ultravioletta di alta energia emessa dalle giovani stelle calde. Di conseguenza, queste stelle sono quasi impossibili da osservare nell'Universo primordiale. Nello stesso tempo, la luce ultravioletta assorbita ionizza l'idrogeno, rendendolo del tutto trasparente. Le stelle calde perciò scavano bolle trasparenti nel gas. Quando tutte queste bolle si uniscono a riempire lo spazio, la re-ionizzazione è completa e l'Universo diventa trasparente.

[2] Hanno un redshift tra 6.8 e 7.1

[3] Gli astronomi sono particolarmente interessati al carbonio ionizzato perchè questa particolare linea spettrale porta via molta dell'energia immessa dalle stelle e permette agli astronomi di tracciare il gas freddo da cui si formano le stelle. In modo specifico, l'equipe stava cercando l'emissione del carbonio ionizzato una volta sola (noto come [CII]). questa radiazione è emessa alla lunghezza d'onda di 158 micrometri e, quando raggiunge ALMA, allungata dall'espansione dell'Universo, ha giusto la lunghezza d'onda di circa 1,3 millimetri che serve per essere rivelata.

Ulteriori Informazioni

Questo lavoro è stato descritto nell'articolo “The assembly of “normal” galaxies at z∼7 probed by ALMA”, di R. Maiolino et al., che verrà pubblicato dalla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society il 22 luglio 2015.

L'equipe è composta da R. Maiolino (Cavendish Laboratory, University of Cambridge, Cambridge, Regno Unito; Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, Cambridge, Regno Unito) S. Carniani (Cavendish Laboratory; Kavli Institute for Cosmology; Universitá di Firenze, Florence, Italia), A. Fontana (INAF–Osservatorio Astronomico di Roma, Italia), L. Vallini (Scuola Normale Superiore, Pisa, Italia; Universitá di Bologna, Bologna, Italia), L. Pentericci (INAF–Osservatorio Astronomico di Roma, Italia), A. Ferrara (Scuola Normale Superiore, Pisa, Italia), E. Vanzella (INAF–Bologna Astronomical Observatory, Bologna, Italia), A. Grazian (INAF–Osservatorio Astronomico di Roma, Italia), S. Gallerani (Scuola Normale Superiore, Pisa, Italia), M. Castellano (INAF–Osservatorio Astronomico di Roma, Italia), S. Cristiani (INAF–Trieste Astronomical Observatory, Trieste, Italia), G. Brammer (Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland, USA), P. Santini (INAF–Osservatorio Astronomico di Roma, Italia), J. Wagg (Square Kilometre Array Organization, Jodrell Bank Observatory, Regno Unito) e R. Williams (Cavendish Laboratory; Kavli Institute for Cosmology).

ALMA, l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, un osservatorio astronomico internazionale, è una collaborazione fra l'Europa, la U.S. National Science Foundation (NSF) e gli Istituti Nazionali di Scienze Naturali del Giappone (NINS),  in cooperazione con la repubblica del Cile. ALMA è finanziato dall'ESO per conto dei suoi Stati Membri, dall'NSF in cooperazione con il National Research Council del Canada (NRC) e il National Science Council di Taiwan (NSC) e dai NINS in cooperazione con l'Accademia Sinica di Taiwan (AS) e l'Istituto di Astronomia e Scienze Spaziali della Corea (KASI).

La costruzione e la gestione di ALMA sono condotte dall'ESO per conto dei suoi stati membri, dall'Osservatorio Nazionale di Radio Astronomia (NRAO) gestito dalle Associated Universities, Inc. (AUI) per conto del Nord America e dall'Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone (NAOJ) per conto dell'Asia Orientale. L'osservatorio congiunto di ALMA (JAO: Joint ALMA Observatory) fornisce la guida unitaria e la gestione della costruzione, del commissioning e delle operazioni di ALMA.

L'ESO (European Southern Observatory, o Osservatorio Australe Europeo) è la principale organizzazione intergovernativa di Astronomia in Europa e l'osservatorio astronomico più produttivo al mondo. È sostenuto da 16 paesi: Austria, Belgio, Brasile, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Italia, Paesi Bassi, Polonia, Portogallo, Regno Unito, Repubblica Ceca, Spagna, Svezia, e Svizzera, oltre al paese che ospita l'ESO, il Cile. 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 principale di ALMA, il più grande progetto astronomico esistente. E sul Cerro Armazones, vicino al Paranal, l'ESO sta costruendo l'European Extremely Large Telescope o E-ELT (significa Telescopio Europeo Estremamente Grande), un telescopio da 39 metri che diventerà "il più grande occhio del mondo rivolto al cielo".

La traduzione dall'inglese dei comunicati stampa dell'ESO è un servizio dalla Rete di Divulgazione Scientifica dell'ESO (ESON: ESO Science Outreach Network) composta da ricercatori e divulgatori scientifici da tutti gli Stati Membri dell'ESO e altri paesi. Il nodo italiano della rete ESON è gestito da Anna Wolter.

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Contatti

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E-mail: r.maiolino@mrao.cam.ac.uk

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Questa è una traduzione del Comunicato Stampa dell'ESO eso1530.