Un gruppo internazionale di astronomi ha compiuto un importante passo avanti nella comprensione delle origini delle galassie grazie al radiotelescopio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), situato nel deserto di Atacama, in Cile. Il programma di osservazione CRISTAL — acronimo di [CII] Resolved ISM in STar-forming galaxies with ALMA — ha permesso di analizzare in dettaglio la struttura interna di 39 galassie risalenti a circa un miliardo di anni dopo il Big Bang.
Guidato da Rodrigo Herrera-Camus, professore all’Universidad de Concepción e direttore del Millennium Nucleus for Galaxy Formation (MINGAL), lo studio ha sfruttato le capacità uniche di ALMA per mappare gas freddo, polveri cosmiche e la distribuzione della luce stellare in queste galassie primitive. “Grazie alla sensibilità e alla risoluzione uniche di ALMA, possiamo risolvere la struttura interna di queste galassie primordiali in modi mai possibili prima. CRISTAL ci sta mostrando come si sono formati i primi dischi galattici, come le stelle sono emerse in ammassi giganti e come il gas ha plasmato le galassie che vediamo oggi”, afferma Herrera-Camus.
Utilizzando l’emissione della riga [CII], prodotta da atomi di carbonio ionizzato nel gas interstellare freddo, i ricercatori hanno tracciato con grande precisione le componenti invisibili delle galassie, combinando i dati millimetrici di ALMA con immagini infrarosse dei telescopi spaziali James Webb e Hubble. Il risultato è una visione senza precedenti dell’ecosistema galattico primordiale.
Uno dei risultati chiave è la scoperta secondo cui la formazione stellare avveniva in grandi ammassi estesi per migliaia di anni luce. Alcune galassie mostrano segni di rotazione, suggerendo la presenza precoce di strutture a disco simili a quelle delle attuali galassie a spirale. Inoltre, l’emissione di [CII] si estende spesso ben oltre le regioni visibili delle stelle, indicando la presenza diffusa di gas freddo, potenziale carburante per la nascita di nuove stelle o materiale espulso dai venti stellari.
“Ciò che è entusiasmante di CRISTAL è che stiamo osservando le galassie primordiali non solo come punti luminosi, ma come ecosistemi complessi”, spiega Loreto Barcos-Muñoz, coautrice dello studio e astronoma dell’Osservatorio Radioastronomico Nazionale degli Stati Uniti (NRAO). “ALMA ci permette di svelare la struttura interna delle galassie anche nell’Universo remoto”.
Tra le galassie osservate, due casi spiccano per le loro peculiarità. La galassia CRISTAL-13 contiene enormi nubi di polvere che oscurano completamente la luce delle stelle neonate, rendendole visibili solo nelle lunghezze d’onda millimetriche rilevate da ALMA. Al contrario, CRISTAL-10 presenta un’emissione di [CII] insolitamente debole rispetto alla sua luminosità infrarossa, un comportamento tipico solo di galassie rare e fortemente oscurate come Arp 220 nell’Universo locale.
“Queste osservazioni evidenziano il potenziale di ALMA come macchina del tempo, permettendoci di scrutare le prime fasi dell’Universo”, afferma Sergio Martín, direttore delle operazioni scientifiche di ALMA. “Progetti come CRISTAL mostrano la capacità di ALMA di affrontare le grandi domande dell’evoluzione cosmica con una profondità e una risoluzione senza precedenti”.
Con il primo studio sistematico del gas freddo nelle galassie primordiali, CRISTAL apre una nuova finestra sulla storia dell’Universo, gettando le basi per future osservazioni che potrebbero spiegare come l’Universo sia passato da una fase turbolenta a una popolata da galassie strutturate come la Via Lattea.