Comunicato Stampa

ALMA osserva la più lontana galassia simile alla Via Lattea

La forma della galassia è distorta, appare come un anello di luce in cielo

12 Agosto 2020

Alcuni astronomi utilizzando ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), di cui l'ESO (European Southern Observatory) è partner, hanno rivelato una galassia molto distante e quindi molto giovane che assomiglia sorprendentemente alla nostra Via Lattea. La galassia è così lontana che la sua luce ha impiegato più di 12 miliardi di anni per raggiungerci: la vediamo com'era quando l'Universo aveva appena 1,4 miliardi di anni. È anche sorprendentemente poco caotica, in contrasto con le teorie che prevedono che tutte le galassie dell'Universo primordiale fossero turbolente e instabili. Questa scoperta inaspettata sfida la nostra comprensione di come si formano le galassie, fornendo nuove informazioni sul passato del nostro Universo.

"Questo risultato rappresenta una vera svolta nel campo della formazione delle galassie, dimostrando che le strutture che osserviamo nelle galassie a spirale vicine e nella Via Lattea erano già presenti 12 miliardi di anni fa", afferma Francesca Rizzo, dottoranda del Max Planck Institute per l'Astrofisica in Germania, che ha guidato la ricerca pubblicata oggi su Nature. Mentre la galassia studiata dagli astronomi, chiamata SPT0418-47, non sembra avere bracci a spirale, ha almeno due caratteristiche tipiche della Via Lattea: un disco in rotazione e un rigonfiamento centrale, cioè il vasto gruppo di stelle intorno al centro galattico. Questa è la prima volta in cui si trova un rigonfiamento centrale in un momento così lontano nella storia dell'Universo: SPT0418-47 è così la più lontana galassia simile alla Via Lattea.

"La vera sorpresa è stata scoprire che questa galassia è in realtà abbastanza simile alle galassie vicine, contrariamente a tutte le aspettative dei modelli e delle precedenti osservazioni meno dettagliate", dice il coautore Filippo Fraternali, del Kapteyn Astronomical Institute, dell'Università di Groningen nei Paesi Bassi. Nell'Universo primordiale, le giovani galassie erano ancora in fase di formazione, quindi i ricercatori si aspettavano che fossero caotiche e prive delle strutture ben identificabili tipiche delle galassie più mature come la Via Lattea.

Lo studio di galassie lontane come SPT0418-47 è fondamentale per la nostra comprensione di come le galassie si sono formate ed evolute. Questa galassia è così lontana che la vediamo quando l'Universo aveva solo il 10% dell'età attuale poiché la sua luce ha impiegato 12 miliardi di anni per raggiungere la Terra. Studiandola, ci muoviamo verso l'epoca in cui queste giovani galassie stavano appena iniziando a svilupparsi.

Poiché queste galassie sono così lontane, osservazioni dettagliate sono quasi impossibili anche con i telescopi più potenti poiché le galassie appaiono piccole e deboli. Questo gruppo di lavoro ha superato l'ostacolo utilizzando una galassia vicina come una potente lente d'ingrandimento - un effetto noto come lente gravitazionale - consentendo ad ALMA di scrutare nel lontano passato con dettagli senza precedenti. Nella lente gravitazionale, l'attrazione gravitazionale dalla galassia vicina distorce e piega la luce dalla galassia lontana, facendola apparire deformata e ingrandita.

La galassia lontana appare, per effetto della lente gravitazionale, come un anello di luce quasi perfetto intorno alla galassia vicina, grazie al loro allineamento quasi esatto. L'equipe di ricerca ha ricostruito la vera forma della galassia lontana e il moto del gas dai dati ALMA utilizzando una nuova tecnica informatica di modellizzazione. "Quando ho visto per la prima volta l'immagine ricostruita di SPT0418-47 quasi non potevo crederci: era come aprire lo scrigno di un tesoro", afferma Rizzo.

"Quello che abbiamo scoperto è stato piuttosto sconcertante; nonostante la formazione di stelle a un tasso sostenuto e la conseguente produzione di processi altamente energetici, SPT0418-47 è il disco galattico più ordinato mai osservato nell'Universo primordiale", ha affermato la coautrice Simona Vegetti, anche lei del Max Planck Institute per l'Astrofisica. "È un risultato inaspettato che ha importanti implicazioni sul modo in cui pensiamo che le galassie si evolvano". Gli astronomi si aspettano, tuttavia, che SPT0418-47, anche se ha un disco e altre caratteristiche simili a quelle delle galassie a spirale che vediamo oggi, si evolva in una galassia molto diversa dalla Via Lattea e venga a far parte della classe delle galassie ellittiche, un altro tipo di galassie che, insieme alle spirali, abitano oggi l'Universo.

La scoperta, inaspettata, suggerisce che l'Universo primordiale potrebbe non essere così caotico come si credeva e solleva molte domande su come una galassia ben ordinata possa essersi formata così rapidamente dopo il Big Bang. Questa scoperta di ALMA segue la precedente scoperta, annunciata a maggio, di un disco massiccio in rotazione osservato a una distanza simile. SPT0418-47 è visto nei minimi dettagli, grazie all'effetto della lente gravitazionale, e ha un rigonfiamento centrale oltre al disco, rendendola una galassia ancora più simile all'odierna Via Lattea rispetto a quella studiata in precedenza.

Studi futuri, compresi quelli con l'ELT (Extremely Large Telescope) dell'ESO, cercheranno di scoprire quanto siano tipiche queste giovanissime galassie a disco e se siano di solito meno caotiche del previsto, aprendo nuove strade agli astronomi per scoprire come si sono evolute le galassie.

Ulteriori Informazioni

Questo risultato è descritto nell'articolo “A dynamically cold disk galaxy in the early Universe” pubblicato dalla rivista Nature (doi: 10.1038/s41586-020-2572-6).

L'equipe è composta da F. Rizzo (Max Planck Institute for Astrophysics, Garching, Germania [MPA]), S. Vegetti (MPA), D. Powell (MPA), F. Fraternali (Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, Paesi Bassi), J. P. McKean (Kapteyn Astronomical Institute e ASTRON, Netherlands Institute for Radio Astronomy), H. R. Stacey (MPA, Kapteyn Astronomical Institute e ASTRON, Netherlands Institute for Radio Astronomy) e S. D. M. White (MPA).

ALMA, l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, un osservatorio astronomico internazionale, è una collaborazione fra l'Europa, la U.S. National Science Foundation (NSF) e gli Istituti Nazionali di Scienze Naturali del Giappone (NINS),  in cooperazione con la repubblica del Cile. ALMA è stato fondato dall'ESO per conto dei suoi stati membri, dall'NSF in cooperazione con il National Research Council del Canada (NRC) e il National Science Council di Taiwan (NSC) e dal NINS in cooperazione con l'Accademia Sinica di Taiwan (AS) e l'Istituto di Astronomia e Scienze Spaziali della Corea (KASI). La costruzione e la gestione di ALMA sono condotte dall'ESO per conto dei suoi stati membri, dall'Osservatorio Nazionale di Radio Astronomia (NRAO) gestito dalle Associated Universities, Inc. (AUI) per conto del Nord America e dall'Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone (NAOJ) per conto dell'Asia Orientale. L'osservatorio congiunto di ALMA (JAO: Joint ALMA Observatory) fornisce la guida unitaria e la gestione della costruzione, del commissioning e delle operazioni di ALMA.

L'ESO (European Southern Observatory, o Osservatorio Australe Europeo) è la principale organizzazione intergovernativa di Astronomia in Europa e di gran lunga l'osservatorio astronomico più produttivo al mondo. È sostenuto da 16 paesi: Austria, Belgio, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Irlanda, Italia, Paesi Bassi, Polonia, Portogallo, Regno Unito, Repubblica Ceca, Spagna, Svezia, e Svizzera, oltre al paese che ospita l'ESO, il Cile e l'Australia come partner strategico. L'ESO svolge un ambizioso programma che si concentra sulla progettazione, costruzione e gestione di potenti strumenti astronomici da terra che consentano agli astronomi di realizzare importanti scoperte scientifiche. L'ESO ha anche un ruolo di punta nel promuovere e organizzare la cooperazione nella ricerca astronomica. L'ESO gestisce tre siti osservativi unici al mondo in Cile: La Silla, Paranal e Chajnantor. Sul Paranal, l'ESO gestisce il Very Large Telescope, osservatorio astronomico d'avanguardia nella banda visibile e due telescopi per survey. VISTA, il più grande telescopio per survey al mondo, lavora nella banda infrarossa mentre il VST (VLT Survey Telescope) è il più grande telescopio progettato appositamente per produrre survey del cielo in luce visibile. L'ESO è il partner principale di APEX e di ALMA, il più grande progetto astronomico esistente, sulla piana di Chajnantor. E sul Cerro Armazones, vicino al Paranal, l'ESO sta costruendo l'Extremely Large Telescope o ELT (significa Telescopio Estremamente Grande), un telescopio da 39 metri che diventerà "il più grande occhio del mondo rivolto al cielo".

La traduzione dall'inglese dei comunicati stampa dell'ESO è un servizio dalla Rete di Divulgazione Scientifica dell'ESO (ESON: ESO Science Outreach Network) composta da ricercatori e divulgatori scientifici da tutti gli Stati Membri dell'ESO e altri paesi. Il nodo italiano della rete ESON è gestito da Anna Wolter.

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E-mail: anna.wolter@inaf.it

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Questa è una traduzione del Comunicato Stampa dell'ESO eso2013.