Come un vero e proprio “telescopio naturale” nello spazio, la forza di gravità esercitata dall’ammasso di galassie in primo piano MACS J2129-0741 ingrandisce, rende più brillante e distorce la ben più lontana galassia MACS2129-1, evidenziata nel riquadro superiore. Il riquadro centrale offre una vista completa dell’oggetto celeste, mentre quello in basso mostra la galassia come apparirebbe senza le distorsioni introdotte dall’ammasso in primo piano. Crediti: NASA, ESA, e S. Toft (University of Copenhagen), M. Postman (STScI) e il team CLASH
MACS2129-1 è una galassia lontanissima, a 10 miliardi di anni luce da noi, quando l’Universo aveva appena 3 miliardi di anni, che appare priva di zone dove si stanno formando nuove stelle, ma le cui stelle sorprendentemente sono disposte in un disco in rapida rotazione, proprio come la Via Lattea. A scoprire questa galassia, dalla conformazione simile alla nostra, giovane, assai massiccia ma già “morta” in un’epoca nella quale invece l’universo ha mostrato il massimo ritmo di produzione di nuovi astri, è stato un team internazionale di ricercatori, tra cui Anna Gallazzi e Stefano Zibetti dell’Istituto nazionale di astrofisica di Firenze, e guidato da Sune Toft, dell’Istituto Niels Bohr (NBI) dell’Università di Copenhagen, in Danimarca. Mai prima d’ora era stata osservata una galassia primordiale di grande massa che mostrasse allo stesso tempo di possedere un disco stellare ben ordinato e un tasso di formazione stellare praticamente nullo: MACS2129-1 mette in crisi le più accreditate teorie secondo le quali solo eventi catastrofici, che rimescolano le stelle e distruggono le ordinate strutture dei dischi trasformandoli in sferoidi, sono in grado di interrompere la formazione stellare in queste enormi galassie primordiali. Lo studio viene pubblicato sull’ultimo numero della rivista Nature.
Le proprietà di MACS 2129-1 raccolte grazie alle osservazioni del Very Large Telescope (VLT) dell’ESO e del telescopio spaziale Hubble di NASA ed ESA sono decisamente fuori dal comune: la sua massa è circa il triplo della nostra Via Lattea, ma le sue dimensioni rispetto ad essa sono pari alla metà. Lo studio sui moti delle stelle di MACS2129-1 mostrano che esse ruotano attorno al centro ad oltre 500 chilometri al secondo, due volte più veloci di quelle della nostra Galassia.
Le galassie sono sistemi stellari che gli astronomi raggruppano in due categorie principali: a spirale, dalla tipica forma di disco, come la Via Lattea, ed ellittiche. Una delle differenze più importanti tra le due è che, mentre le galassie a spirale sfornano nuove stelle trasformando il gas al loro interno, le ellittiche hanno smesso di farlo da lungo tempo, e per questo viene loro assegnato l’appellativo di “morte”. Inoltre, anche i moti delle stelle al loro interno sono alquanto diversi: nella Via Lattea e in altre galassie simili, le stelle ruotano con regolarità in modo approssimativamente circolare attorno al centro, mentre gli astri nelle galassie di forma ellittica seguono percorsi decisamente più caotici.
I motivi per i quali le galassie ellittiche hanno smesso di produrre nuove stelle già in epoche remote nella storia dell’universo sono ancora tutt’altro che chiari. Le teorie oggi più accreditate suggeriscono che gli scontri tra galassie possano avere in alcuni casi innescato una super produzione stellare, comprimendo nelle regioni centrali tutto il gas disponibile, che poi si è condensato in nuovi astri. Questi scontri non lascerebbero alcuno scampo ai dischi originari, riducendo le galassie a sferoidi con stelle in moto disordinato.
Questa rappresentazione artistica mostra come apparirebbe la galassia MACS2129-1 (a destra) in confronto alla nostra, la Via Lattea (a sinistra). Anche se dotata di una massa tripla, MACS2129-1 ha una dimensione pari a circa la metà e le sue stelle ruotano al doppio della velocità di quele nella Via Lattea. Le regioni di color blu nella nostra Galassia indicano la presenza di stelle in formazione mentre MACS2129-1 è di colore giallo, a testimonianza di popolazioni stellari di età più avanzata e dell’assenza di giovani astri. Crediti: NASA, ESA, and Z. Levy (STScI)
«Gli spettri ottenuti con il VLT ci hanno permesso di stabilire senza alcun dubbio che la galassia MACS2129-1, al momento in cui la osserviamo, ha smesso di formare nuove stelle già da un miliardo di anni» sottolinea Anna Gallazzi, co-autrice dello studio, che ha eseguito l’analisi del contenuto stellare della galassia. «In altre parole, è una galassia “morta”, come usano dire gli astronomi. La quantità di stelle che ospita e il loro grado di arricchimento chimico, in tutto simili a quello di galassie ‘morte’ esistenti nell’universo locale, dimostrano che MACS2129-1 ha già raggiunto la sua maturità appena 3 miliardi di anni dopo il Big Bang». Qualcosa però non torna: a differenza delle galassie morte più vicine a noi, caratterizzate da forma sferoidale e stelle in moto disordinato, MACS2129-1 ha una forma a disco, come la nostra Via Lattea, e ruota molto rapidamente. E questo è incompatibile con la teoria degli scontri.
Se i ricercatori sono riusciti ad analizzare così in dettaglio la remota galassia, è anche grazie al fatto che essa si trova esattamente dietro un ammasso di altre galassie più vicine a noi che si è trasformato in una vera e propria lente naturale, amplificando e ingrandendo l’immagine di MACS2129-1, permettendo di studiare la distribuzione delle stelle nella galassia e i loro moti.
«Se, per un verso, le immagini del telescopio spaziale Hubble sono state fondamentali per ricostruire il funzionamento della complessa lente gravitazionale attraverso cui vediamo la galassia MACS2129-1 e correggerne quindi le distorsioni, il contributo da terra del VLT di ESO con il suo spettrografo XShooter è stato cruciale per poter determinare la natura di questa galassia quale disco rotante. Ulteriori osservazioni su altre galassie con i telescopi di nuova generazione, come il James Webb Space Telescope e l’Extremely Large Telescope ci permetteranno di stabilire l’eccezionalità o meno di sistemi come MACS2129-1 nell’universo primordiale» dice Stefano Zibetti, che ha analizzato gli spettri per isolare il contributo delle stelle da quello del gas interstellare e ha elaborato i modelli che hanno consentito di interpretarli in termini di proprietà delle popolazioni stellari.
Per saperne di più:
- Leggi sul sito della rivista Nature l’articolo A massive, dead disk galaxy in the early Universe di Sune Toft, Johannes Zabl, Johan Richard, Anna Gallazzi, Stefano Zibetti, Moire Prescott, Claudio Grillo, Allison W. S. Man, Nicholas Y. Lee, Carlos Gómez-Guijarro, Mikkel Stockmann, Georgios Magdis e Charles L. Steinhardt
- La notizia sul sito dell’Hubble Space Telescope