Scoperta una galassia a barra nell’universo primordiale: una sfida ai modelli di evoluzione galattica | FOTO

Una recente scoperta pubblicata su Nature e annunciata dal National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) e dall’Università di Nagoya ha rivelato l’esistenza di una galassia a spirale barrata straordinariamente evoluta in un’epoca precoce dell’universo, solo 2,6 miliardi di anni dopo il Big Bang. Si tratta di J0107a, un “mostro galattico” con una struttura sorprendentemente simile a quella della Via Lattea, ma con caratteristiche fisiche e dinamiche che sfidano profondamente le attuali teorie sull’evoluzione delle galassie. Le galassie a barra sono strutture dinamiche in cui una barra di stelle e gas attraversa il centro galattico, contribuendo al trasporto di gas verso il nucleo e alimentando la formazione stellare o l’attività dei buchi neri supermassicci. Tali strutture richiedono stabilità e tempo per formarsi: nei modelli attuali, si sviluppano in dischi maturi attraverso instabilità secolari. Tuttavia, la presenza di una barra matura e ben definita in J0107a a un’epoca così remota — corrispondente a un redshift z = 2.467 — sorprende, perché:

• la formazione del disco stesso richiede normalmente tempi dell’ordine di miliardi di anni;
• l’elevata frazione di gas presente (oltre il 70% della massa stellare) dovrebbe, teoricamente, rendere instabili le barre;
• le simulazioni cosmologiche non prevedono strutture simili a questa scala temporale.

Una galassia “mostruosa”: dimensioni, massa e tassi di formazione stellare

J0107a è almeno dieci volte più massiccia della Via Lattea e possiede una delle più spettacolari barre mai osservate a quell’epoca. Ha una massa stellare di circa 4.5 × 10¹¹ M⊙ e una massa di gas molecolare intorno ai 3.3 × 10¹¹ M⊙. La sua formazione stellare avviene a una velocità sbalorditiva: tra i 300 e i 500 M⊙ all’anno, circa 30 volte quella della nostra galassia. Il tutto è confinato principalmente nella regione della barra, lunga circa 15 kpc, che funge da motore per l’influsso del gas verso il centro.

Meccanismi dinamici e influssi galattici

Le osservazioni di ALMA e JWST hanno rivelato caratteristiche dinamiche tipiche delle barre moderne: flussi di gas non circolari, torsioni a S nelle mappe di velocità, e una distribuzione coerente del gas molecolare e della polvere. Il gas scorre verso il centro con un tasso di circa 600 M⊙/anno, alimentando un’intensa formazione stellare e, potenzialmente, l’attività di un buco nero supermassiccio.

Ciò che rende J0107a ancora più straordinaria è che il suo disco non presenta segni di interazioni o fusioni recenti, fattori finora ritenuti essenziali per generare influssi di gas massivi. Invece, la galassia sembra alimentata da flussi di gas freddo (“cold streams”) provenienti dalla rete cosmica — un’ipotesi teorica che trova qui una delle prime conferme osservazionali dirette.

Sfida ai modelli cosmologici

Le simulazioni cosmologiche attuali, come IllustrisTNG, suggeriscono che le barre si formano tardi e si dissolvono in ambienti ricchi di gas. J0107a, al contrario, mostra una barra ben sviluppata in un disco con M_gas/M_star ≈ 0.7. In questi contesti, la teoria prevede che le barre debbano essere deboli o instabili, e non strutture robuste e longeve come quella osservata. Questo porta a una riflessione più ampia: i modelli esistenti sottostimano l’impatto dei flussi cosmici freddi e non tengono conto sufficientemente della formazione di strutture regolari e stabili in ambienti ricchi di gas.

Un nuovo paradigma per l’evoluzione galattica

La scoperta di J0107a implica che i meccanismi di evoluzione secolare, trainati da strutture a barra, erano già attivi 11,1 miliardi di anni fa. Le implicazioni sono vaste:

• La formazione di barre potrebbe non richiedere dischi completamente stabilizzati.
• Le barre potrebbero essere più resistenti alle condizioni ambientali estreme di quanto si pensasse.
• I flussi di gas cosmici potrebbero avere un ruolo più diretto nella morfogenesi galattica.

Come afferma Deanne Fisher nel commento a corredo dello studio, “questo risultato apre la possibilità che l’evoluzione galattica guidata da barre sia iniziata molto prima di quanto si ritenesse”.