Alma, anche grazie alla presenza di una lente gravitazionale, ha catturato l’immagine di un outflow di una galassia vista quando l’universo aveva solo un miliardo di anni. L’immagine di ALMA (ingrandita nel riquadro circolare) mostra la posizione delle molecole di idrossile (OH), che tracciano la posizione del gas che forma una stella mentre fugge dalla galassia, probabilmente guidato da una supernova o da un “vento” alimentato da un buco nero. Il campo stellare sullo sfondo (Blanco Telescope Dark Energy Survey) mostra la posizione della galassia. La forma circolare a doppio lobo della galassia lontana è dovuta alla distorsione causata dall’effetto di ingrandimento della galassia interposta. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Spilker; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello; AURA/NSF
Alcune galassie, come la Via Lattea e Andromeda, hanno tassi di produzione stellare relativamente contenuti, con circa una nuova stella che si accende ogni anno. Altre galassie, note come galassie starburst, forgiano 100 o anche 1000 stelle ogni anno. Tuttavia, questo ritmo frenetico non può di certo essere mantenuto indefinitamente. Per evitare di bruciare in un fugace lampo di gloria, alcune galassie rallentano la generazione di nuove stelle espellendo vasti depositi di gas, anche solo temporaneamente, negli aloni che le circondano. All’interno di questi aloni, il gas può riuscire a fuggire per sempre dalla galassia oppure ricadere lentamente all’interno di essa, innescando successive esplosioni di formazione stellare.
Fino ad ora gli astronomi non erano ancora stati in grado di osservare direttamente questi potenti deflussi di gas (outflow) nell’universo primordiale, dove tali meccanismi devono necessariamente aver giocato un ruolo essenziale per impedire alle galassie di diventare troppo grandi, troppo velocemente. Oggi, per la prima volta, nuove osservazioni con l’Atacama Large Millimeter e submillimeter Array (Alma) mostrano un potente vento galattico molecolare in una galassia osservata quando l’universo aveva solo un miliardo di anni. Questo risultato fornisce nuove e importanti intuizioni su come certe galassie nell’universo primordiale siano state in grado di autoregolare la loro crescita in modo tale da poter continuare nel tempo a formare stelle.
«Le galassie sono bestie complicate e disordinate. Pensiamo che outflow e venti siano tasselli cruciali per comprendere la loro formazione ed evoluzione, regolando la loro capacità di crescere», ha detto Justin Spilker, astronomo dell’Università del Texas ad Austin e primo autore dell’articolo pubblicato sulla rivista Science. Non è la prima volta che si osservano venti di questa entità, in termini di estensione, velocità e massa, ma tali venti sono sempre stati visti in galassie vicine. La nuova osservazione di Alma rappresenta il flusso più distante mai osservato nell’universo primordiale. La galassia, nota come SPT2319-55, si trova a più di 12 miliardi di anni luce di distanza ed è stata scoperta dal South Pole Telescope della National Science Foundation. Alma è stato in grado di osservare questo oggetto che si trova a una distanza enorme dalla Terra con l’aiuto di una lente gravitazionale generata da una galassia posizionata quasi esattamente lungo la linea di vista. Le lenti gravitazionali, in grado di curvare la traiettoria della luce in transito in modo analogo a una lente, ingrandiscono la galassia sullo sfondo facendola sembrare più luminosa, il che consente agli astronomi di osservarla in modo più dettagliato di quanto si riuscirebbe a fare altrimenti e, utilizzando programmi specifici per “decodificare” gli effetti delle lenti gravitazionali, riescono a ricostruire un’immagine accurata della galassia stessa.
Impressione artistica di un outflow del gas molecolare proveniente da una galassia nella quale è attiva la formazione stellare. Credit: NRAO/AUI/NSF, D. Berry
Questa visione dell’oggetto distante, aiutata dalla lente gravitazionale, ha rivelato un potente outflow di gas proveniente da una regione di formazione stellare, in uscita dalla galassia a circa 800 chilometri al secondo. Quindi, non si tratta una leggera brezza costante, bensì di un vento forte che sta sfrecciando verso l’esterno, espellendo il gas della galassia in fiotti di materiale che potenzialmente avrebbe potuto portare alla formazione di nuove stelle, tanto velocemente quanto la galassia potrebbe trasformarlo in nuove stelle. L’outflow è stato rilevato alla lunghezza d’onda millimetrica corrispondente alla molecola chiamata idrossile (OH), cha ha lasciato la sua traccia come riga di assorbimento nello spettro della luce emessa dalla galassia. In altre parole, gli astronomi hanno rilevato l’ombra dell’impronta digitale dell’OH. La polvere che avvolge le nuove stelle appena formate si riscalda ed emette luce infrarossa. Dalla galassia sta soffiando un potente vento, parte del quale viene verso la nostra direzione. Mentre la luce infrarossa, nel suo viaggio verso la Terra, passa attraverso il vento, le molecole OH presenti nel vento stesso assorbono parte della luce infrarossa a una lunghezza d’onda molto particolare, quella della riga di assorbimento che Alma è stato in grado di osservare.
«Questa è la firma dell’assorbimento che abbiamo rilevato, e da questa firma possiamo anche dire quanto velocemente il vento si muove, così come avere un’idea approssimativa di quanto materiale è contenuto nell’outflow», ha affermato Spilker. Alma è stato in grado di rilevare questa luce emessa nell’infrarosso perché, nel suo viaggio verso la Terra, la sua lunghezza d’onda è stata stirata a lunghezze d’onda millimetriche dalla continua espansione dell’Universo. I ricercatori hanno convenuto come i venti molecolari rappresentino un modo efficace per le galassie di autoregolare la loro crescita. Questi venti sono probabilmente innescati dall’effetto combinato di tutte le esplosioni di supernova che accompagnano una formazione stellare rapida e massiccia oppure da un potente rilascio di energia, quando parte del gas nella galassia cade sul buco nero supermassiccio presente nel suo centro. «Finora, abbiamo osservato solo una galassia a una distanza cosmica così notevole, ma vorremmo sapere se venti come questi sono presenti anche in altre galassie e capire quanto siano comuni», conclude Spilker. «Se si presentassero in ogni galassia, potremmo dedurre che, oltre ad essere universali, rappresentano un modo molto comune per le galassie di autoregolare la loro crescita».
«Questa osservazione di Alma dimostra come la natura accoppiata con una tecnologia raffinata possa darci una visione di oggetti astronomici lontani», ha detto Joe Pesce, direttore del programma Nsf per Nrao/Alma, «e la gamma di frequenze accessibile ad Alma permette di essere in grado di rilevare caratteristiche spettrali redshiftate di questa importante molecola».
Per saperne di più:
- Leggi su Science l’articolo “Fast Molecular Outflow from a Dusty Star-Forming Galaxy in the Early Universe” di J.S. Spilker et al