Uno studio pubblicato su Astrophysical Journal da un gruppo di ricercatori guidati da Steven Finkelstein dell’Università del Texas a Austin mostra come le galassie più antiche furono molto più efficienti nel formare stelle quando l’Universo era ancora giovane. I risultati implicano che ci sono molte più galassie brillanti in piena attività di formazione stellare rispetto a quanto ipotizzato in precedenza.
«E’ un risultato inatteso», commenta Finkelstein. «Le nostre analisi hanno implicazioni importanti per la formazione delle galassie durante le epoche primordiali della storia cosmica». Per arrivare a queste conclusioni, gli astronomi hanno utilizzato i dati della survey CANDELS (Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey), la più grande realizzata dal telescopio spaziale Hubble e di cui lo stesso Finkelstein è membro. I dati si riferiscono a studi effettuati su un campione di 8000 galassie della survey CANDELS che risalgono all’epoca in cui l’Universo aveva un’età da 0,75 a 1,5 miliardi di anni dopo il Big Bang, che corrisponde al primo 5 percento fino al 10 percento della sua storia evolutiva.
Questa immagine mostra una regione del campo CANDELS GOODS-South che è uno di quelli che sono stati esaminati nello studio. L’immagine è una combinazione dei dati in banda ottica e vicino infrarosso ottenuti dal telescopio spaziale Hubble e contiene galassie che sono distribuite a diverse epoche. Gli oggetti più grandi sono relativamente vicini mentre quelli più piccoli sono più distanti. Si possono notare alcuni ‘puntini’ molto piccoli la cui luce proviene da epoche in cui l’Universo aveva un’età di 0,5-1,5 miliardi di anni. Crediti: NASA, ESA, A. Koekemoer and the CANDELS science team
I ricercatori hanno dedotto il tasso di formazione stellare in queste galassie distanti esaminando le immagini di Hubble, cioè analizzando la loro luminosità in luce ultravioletta, e quindi correggendo questo dato in funzione di quanta luce viene assorbita dalla polvere presente nella galassia. La stima del contenuto della polvere proviene anch’essa dalle immagini di Hubble: in altre parole, più arrossata appare una galassia e più polvere essa contiene.
Esaminando l’elevato tasso di formazione stellare presente in queste galassie, gli astronomi hanno poi confrontato il contributo della massa dovuto alle stelle con il valore teorico relativo alla massa prodotta dalle galassie durante la loro evoluzione primordiale. Essi trovano valori più elevati della massa rispetto a quanto previsto, il che implica che le galassie erano molto più efficienti nel trasformare il gas in nuove stelle rispetto a oggi. «Per spiegare questo dato, potrebbero esserci diverse ragioni», dice Finkelstein.
Prima di tutto, man mano che l’Universo si è espanso nel corso del tempo, tutto ciò che esisteva durante le primissime fasi della storia cosmica era un po’ come “impacchettato”, tra cui il gas presente nelle galassie. Il gas denso è quel materiale necessario per formare le stelle, perciò è probabile che questi oggetti ne avessero semplicemente una grande quantità. Inoltre, dobbiamo considerare altri meccanismi che possono impedire al gas di formare nuove stelle. «Nessuna galassia è efficiente al 100 percento in termini di formazione stellare», fa notare Finkelstein. Tra questi meccanismi bisogna tener presente le massive esplosioni stellari, le supernovae, venti stellari e buchi neri supermassicci attivi che possono riscaldare il gas circostante fino a portarlo ad alte temperature. Messe insieme, tutte queste “barriere” alla formazione stellare vengono chiamate in gergo dagli astronomi con il termine “feedback”. «Queste galassie potrebbero aver subito un feedback inferiore durante le epoche primordiali e perciò avrebbero formato più stelle in maniera più efficiente», aggiunge Finkelstein.
Secondo gli autori, queste galassie primordiali così luminose potranno essere studiate in maniera ancora più dettagliata in banda infrarossa con il telescopio spaziale James Webb (JWST), il successore di Hubble, che sarà lanciato nel 2018. Da queste osservazioni gli scienziati saranno in grado di ricavare nuovi indizi sui processi di formazione stellare nelle galassie più antiche.
L’animazione mostra una simulazione relativa alla densità del gas presente in una galassia quando l’Universo aveva un’eta di circa 1 miliardo di anni dopo il Big Bang, le cui proprietà sono simili a quelle delle galassie analizzate in questo studio, tra queste un efficiente tasso di formazione stellare. La galassia viene alimentata da flussi di gas a bassa temperatura (verde e giallo) che scorrono lungo le strutture a filamenti che costituiscono la ‘ragnatela cosmica’. Queste correnti di gas rappresentano il rifornimento necessario per generare nuove stelle in quelle regioni in cui la densità del gas è più elevata (rosso e bianco) e che sono distribuite principalmente verso il centro galattico, ma anche attorno ad esso. Crediti: Avishai Dekel, Nir Mandelker, Daniel Ceverino, Joel Primack, and the VELA simulation team
Per saperne di più:
- Leggi l’articolo su Astrophysical Journal: Steven L. Finkelstein et al. 2015 – AN INCREASING STELLAR BARYON FRACTION IN BRIGHT GALAXIES AT HIGH REDSHIFT
- Leggi il preprint su arXiv: An Increasing Stellar Baryon Fraction in Bright Galaxies at High Redshift