Grazie al telescopio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) situato a 5mila metri d’altitudine nel deserto di Atacama in Cile, è stato possibile ottenere una delle immagini più nitide e dirette di una galassia primordiale mai realizzate, che ha permesso agli scienziati di intraprendere uno studio dettagliato della sua struttura interna. “Abbiamo scoperto che questa giovane galassia, denominata ALESS 073.1, possiede già tutte le principali caratteristiche di una galassia matura: una componente centrale di stelle molto massiccia, un disco in rotazione regolare e forse anche dei bracci a spirale” commenta Federico Lelli, ricercatore INAF a Firenze e primo autore dell’articolo che descrive la scoperta, pubblicato sulla rivista Science. “In parole semplici, questa galassia appare come un adulto ma dovrebbe essere poco più di un bambino. ALESS 073.1 sfida la nostra comprensione della formazione delle galassie”. Lelli ha intrapreso questo studio quando era ricercatore post-doc presso l’università di Cardiff nel Regno Unito.
La galassia ALESS 073.1 è stata osservata appena 1,2 miliardi di anni dopo il Big Bang, quando l’universo aveva circa il 10 per cento della sua età attuale, grazie al fatto che la luce emessa dalla galassia ha impiegato miliardi di anni per raggiungere la Terra.
La sua immagine mostra sia la distribuzione del gas “freddo” che quella della polvere “calda”, riscaldata dalle stelle più giovani che permea la galassia. ALESS 073.1, immortalata nelle sue fasi primordiali, risulta essere molto più evoluta di quanto atteso poiché mostra già ben strutturate tutte le componenti principali osservate nelle galassie vicine alla nostra: un disco in rotazione regolare, un bulge (ovvero una concentrazione centrale di stelle) e strutture simili a bracci a spirale. Dall’analisi di queste osservazioni il gruppo di ricercatori è stato in grado di concludere che la galassia deve essersi formata in modo inaspettatamente rapido.
I modelli cosmologici di formazione delle galassie prevedono che le galassie primordiali siano molto caotiche e turbolente a causa dell’accrescimento di gas dallo spazio esterno e da processi interni, come l’esplosione di stelle massicce (supernovae) e la crescita di buchi neri supermassicci. Al contrario, le osservazioni di ALESS 073.1 mostrano che il gas all’interno della galassia può essere descritto da un semplice disco in rotazione regolare. Il disco ruota a velocità molto alte, fino a circa quattrocento chilometri al secondo, che richiedono la presenza di una componente centrale stellare massiccia e compatta, ovvero un bulge.Finora, si pensava che i bulge si formassero lentamente dalla fusione di galassie più piccole o da processi specifici avvenuti all’interno della galassia stessa; tuttavia, le proprietà cinematiche di ALESS 073.1 hanno rivelato che la formazione di tali rigonfiamenti può avvenire in modo estremamente rapido: circa la metà delle stelle nella galassia fanno parte del bulge. Allo stesso modo, alcune galassie evolute come la nostra Via Lattea (che ha oltre tredici miliardi di anni), sono note per avere bracci a spirale che si estendono dalle loro parti centrali dando loro una caratteristica forma a spirale. Caratteristiche simili sono state rilevate inaspettatamente anche in ALESS 073.1, con grande stupore del team, poiché le galassie primordiali sono generalmente considerate caotiche e turbolente piuttosto che strutturate in modo regolare e ben organizzate.
Lo studio è stato pubblicato oggi sul sito web della rivista Science nell’articolo A massive stellar bulge in a regularly rotating galaxy 1.2 billion years after the Big Bang di Federico Lelli, Enrico M. Di Teodoro, Filippo Fraternali, Allison W. S. Man, Zhi-Yu Zhang, Carlos De Breuck, Timothy A. Davis, Roberto Maiolino.
