Gli astronomi hanno sfruttato l’aiuto di una lente gravitazionale grande come una galassia per svelare dettagli altrimenti invisibili. Questi nuovi studi della galassia H-ATLAS J142935.3-002836 hanno mostrato che questo oggetto complesso e distante assomiglia molto a una collisione locale tra galassie: le galassie Antenne. Questa immagine combina i dati ottenuti dal telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA e del Keck II alle Hawaii (usando le ottiche adattive). Crediti: ESO/NASA/ESA/W. M. Keck Observatory
Le nostre strade di frequente sono testimoni di drammatici incidenti d’auto. E se il frontale avvenisse nello spazio, tra due oggetti decisamente più grandi di due utilitarie? Utilizzando ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) e molti altri telescopi sia da terra che dallo spazio, un’equipe internazionale di astronomi tra cui Mattia Negrello e Gianfranco DeZotti dell’INAF-Osservatorio Astronomico di Padova, è riuscita ad immortalare proprio questo momento, meno tragico del primo e sicuramente molto più affascinante e raro. E’ stata ottenuta, infatti, la miglior veduta di sempre di una collisione avvenuta tra due galassie quando l’Universo aveva solo metà dell’età attuale. Come ci sono riusciti? Proprio come dei moderni Sherlock Holmes, che usava una lente di ingrandimento per rivelare indizi poco visibili ma importanti, gli scienziati hanno sfruttato l’aiuto di una lente gravitazionale della dimensione di una galassia per rivelare dettagli altrimenti invisibili. I nuovi studi della galassia H-ATLAS J142935.3-002836 hanno mostrato che questo oggetto complesso e distante assomiglia alla collisione locale più nota, le galassie Antenne.
“Mentre gli astronomi sono spesso limitati dalla potenza dei telescopi, in alcuni casi la nostra abilità di vedere i dettagli viene di gran lunga aumentata da lenti naturali, create dall’Universo”, ha spiegato l’autore principale Hugo Messias dell’Università di Concepción (Cile) e del Centro di Astronomia e Astrofisica dell’Università di Lisbona (Portogallo). “Einstein ha previsto nella sua teoria della relatività generale che, data una quantità sufficiente di massa, la luce non viaggia in linea retta ma viene piegata in modo simile alla luce rifratta da una normale lente”.
Il diagramma mostra come l’effetto di lente gravitazionale intorno a una galassia normale focalizza la luce che proviene da un sistema di galassie in collisione molto distante, per formarne un’immagine distorta, ma più brillante. Crediti: ESO/M. Kornmesser
Queste lenti cosmiche sono create da strutture massicce come galassie e ammassi di galassie, che deviano la luce degli oggetti che stanno dietro di loro a causa della forte gravità – un effetto noto come lente gravitazionale. L’ingrandimento prodotto da questo effetto permette agli astronomi di studiare oggetti che non sarebbero altrimenti visibili e di confrontare direttamente le galassie locali con quelle molto più lontane, che vediamo quando l’Universo era decisamente più giovane.
Ma perché queste lenti funzionino la galassia lente e quella lontana devono essere perfettamente allineate. “Questi allineamenti casuali sono molto rari e tendono a essere difficili da identificare”, ha aggiunto Hugo Messias, “ma studi recenti hanno dimostrato che osservando a lunghezze d’onda del lontano infrarosso e nel millimetrico possiamo identificare questi casi in modo più efficiente”.
H-ATLAS J142935.3-002836 (o in breve H1429-0028) è una di queste sorgenti ed è stata trovata nella survey Herschel Astrophysical Terahertz Large Area Survey (H-ATLAS). Anche se molto debole in luce visibile, è tra le più brillanti sorgenti finora trovate attraverso una lente gravitazionale nella banda del lontano infrarosso, anche se la vediamo in momento in cui l’Universo aveva solo metà dell’età attuale.
Sondare questo oggetto è compito al limite delle possibilità, e perciò l’equipe internazionale di astronomi ha iniziato una vasta campagna di follow-up usando i telescopi più potenti – sia da terra che dallo spazio – tra cui il telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA, ALMA, l’Osservatorio KECK, il JVLA (Karl Jansky Very Large Array) e altri. I diversi telescopi forniscono diversi punti di vista che possono essere combinati per ottenere la miglior comprensione della natura di questo oggetto.
Le immagini di Hubble e del Keck rivelano un anello di luce, indotto dalla gravità, intorno alla galassia in primo piano. Queste immagini ad alta risoluzione hanno anche mostrato che la galassia-lente è una galassia a disco vista di taglio – simile alla nostra galassia, la Via Lattea – che oscura parte della luce di sfondo a causa delle grandi nubi di polvere che contiene. Questo oscuramento non è un problema per ALMA e per il JVLA, poichè questi due strumenti osservano il cielo a lunghezze d’onda più lunghe, che non vengono influenzate dalla polvere. Usando i dati combinati l’equipe ha scoperto che il sistema sullo sfondo è in effetti uno scontro in corso tra due galassie. Da questo punto in poi, ALMA e il JVLA hanno iniziato a svolgere un ruolo fondamentale nella caratterizzazione di questo oggetto.
In particolare, ALMA ha tracciato il monossido di carbonio, che ci permette uno studio dettagliato dei meccanismi di formazione stellare nelle galassie. Le osservazioni di ALMA hanno permesso di misurare il moto della materia nell’oggetto più distante. Questo è stato fondamentale per dimostrare che l’oggetto ingrandito è una collisione galattica in corso che forma centinaia di nuove stelle ogni anno e che una delle galassie mostra segni di rotazione, indicazione di come questa fosse una galassia a disco prima dello scontro.
Il diagramma mostra come l’effetto di lente gravitazionale intorno a una galassia normale focalizza la luce che proviene da un sistema di galassie in collisione molto distante, per formarne un’immagine distorta, ma più brillante.
Crediti: ESO/M. Kornmesser
Il sistema formato da queste due galassie in collisione assomiglia a un oggetto molto più vicino a noi: le Antenne, una collisione spettacolare tra due galassie che si pensa abbiano avuto una struttura a disco nel passato. Mentre il sistema delle Antenne sta formando stelle a un tasso di sole poche decine di masse solari all’anno, H1429-0028 trasforma ogni anno in stelle una massa di gas pari a più di 400 volte la massa del Sole.
Rob Ivison, Direttore Scientifico dell’ESO e coautore del nuovo studio, ha concluso: “ALMA ci ha permesso di risolvere questo enigma poiché ci ha dato informazioni sulla velocità del gas nelle galassie e ciò rende possibile distinguere le varie componenti, svelando le caratteristiche peculiari dello scontro tra galassie. Questo bellissimo studio cattura in flagrante lo scontro tra le galassie, proprio mentre innesca un picco di formazione stellare”.