La giovane galassia S0901 nell’occhio del telescopio ESA Herschel. Crediti: NASA/STScI; S. Allam and team; and the Master Lens Database (masterlens.org), L. A. Moustakas, K. Stewart, et al.
Così giovani e già mature. Il telescopio Herschel dell’Agenzia Spaziale Europea posizionato a 1,5 milioni di chilometri di distanza dal pianeta Terra, nel punto lagrangiano L2, fotografa l’interno di due giovani galassie e trova quella che a prima vista sembra un’anomalia. Secondo i ricercatori dell’Arizona State University potrebbe dimostrare che a pochi miliardi di anni dal Big Bang sono esistite galassie dalla rotazione ordinata, apparentemente tranquille per aver completato l’accumulo di gas.
Quando una galassia prende forma, accumula massa attirando per gravità vaste nubi di gas. Mentre questi ammassi gassosi entrano nella galassia cadono in orbite casuali e il loro percorso disordinato causa turbolenze nelle galassie ospiti, dando origina talvolta alla formazione di stelle. E proprio per cosa succede dentro una galassia in formazione James Rhoads e Sangeeta Malhotra, entrambi in forza all’Arizona State University, hanno lavorato su due giovani galassie note come S0901 e Clone.
Distanti 10 miliardi di anni luce da noi ci permettono di assistere allo spettacolo di un sistema relativamente giovane. “Lo scopo di questo progetto è studiare le condizioni fisiche dei gas nelle due galassie. Vogliamo capire se si tratta di galassie simili a quelle che ci circondano o c’è una qualche differenza che le distingue”, spiega Rhoads.
Le galassie scelte rientrano in quelle che oggi cataloghiamo come media grandezza. Ovviamente il rapporto tiene conto del periodo storico del cosmo in cui le vediamo. Tanto per fare un paragone, si tratta di un volume pari al 10-20 percento della nostra Via Lattea, che pure è considerata una galassia di media grandezza nell’attuale dell’Universo .
Lo studio di galassie così lontane è normalmente impossibile, a causa del segnale troppo debole che emettono e che ci impedisce di compiere studi efficaci. In questo caso Rhoads e Malhotra sono stati aiutati da una lente di ingrandimento per così dire naturale: una lente gravitazionale. Le due galassie si trovano esattamente alle spalle di un gruppo di galassie la cui gravità deforma lo spazio intermedio. Come descritto da Albert Einstein nella teoria della relatività generale questa deformazione agisce come una lente per noi che osserviamo in quella direzione – anche se distorce in parte le immagini delle giovani galassie nell’obiettivo dello strumento HIFI di Herschel.
I ricercatori si sono serviti di HIFI per studiare la luce infrarossa del carbonio ionizzato che viene emessa dalle galassie alla lunghezza d’onda di 158 micrometri (una frequenza di 1900 GHz). Questa linea di spettro è prodotta dalle nubi che circondano la regione in cui una stella si sta formando. HIFI mostra una linea che presenta un doppio picco, e questo ci permette di elaborare un modello capace di riprodurre i movimenti dei gas.
Quello che hanno fatto i ricercatori dell’Arizona State University è stato anzitutto costruire un modello complessivo della galassia, per poi ricostruire le turbolenze interne alle nubi di gas. Con loro grande sorpresa hanno scoperto che la galassia S0901 è piuttosto ben educata. Poco trambusto nel coacervo gassoso, proprio come una maestosa galassia nell’attuale Universo.
La spettrografia della galassia S0901. Crediti: ESA/Herschel/HIFI. Acknowledgments: James Rhoads and Sangeeta Malhotra, Arizona State University, USA.
“Solitamente quando gli astronomi hanno occasione di esaminare galassie così giovani, la turbolenza dei gas gioca un ruolo molto importante. S0901 è un’evidente eccezione a questo modello. E Clone potrebbe comportarsi non diversamente”, afferma Rhoads. Anche la seconda galassia, insomma, potrebbe presentare un caso di rotazione ordinata. Va detto però che la qualità dei dati non è poi così alta e potremmo trovarci di fronte a turbolenze maggiori di quelle ipotizzate, come ci si aspetterebbe dal buonsenso.
“Le galassie di miliardi di anni fa producevano stelle in quantità, più di quanto non facciano adesso”, spiega Malhotra. “Solitamente galassie di questo tipo mostrano una turbolenza maggiore, anche in ragione del fatto che accumulano gas a velocità maggiore di una galassia moderna. Qui però abbiamo due giovani galassie che combinano rotazione ordinata con attivi processi di formazione stellare, il che suggerisce abbiano finito di accumulare gas, per il momento. Se i dati fossero confermati il ruolo della turbolenza nel processo di formazione delle stelle andrebbe ridimensionato”.
Malhotra riconosce insomma la natura preliminare dello studio: “Questa non è certo l’ultima parola sull’argomento. Abbiamo bisogno di un campione più grande per essere ragionevolmente sicuri delle nostre conclusioni”. La risposta definiva in questo senso non arriverà però da Herschel, che ha smesso di funzionare nell’aprile 2013, quando ha esaurito il liquido di raffreddamento necessario a tenere in vita HIFI e gli altri strumenti della missione. Il lavoro dei ricercatori prosegue all’Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA), la piattaforma di 66 antenne radio per la banda millimetrica e submillimetrica che nel deserto cileno costituisce uno dei telescopi più grandi al mondo.