Gli astronomi hanno individuato un’enorme galassia a disco, non troppo diversa dalla nostra, che si è formata 12,5 miliardi di anni fa quando il nostro universo ne aveva 13,8 miliardi ed era solo un decimo della sua dimensione attuale. Ma, da quanto gli scienziati hanno appreso sulla formazione della galassia, questa non ha nulla a che fare con l’universo distante conosciuto.
Questa scoperta è una rivoluzione per il modo in cui gli astronomi hanno sempre concepito la formazione delle galassie nell’universo primordiale.
È ufficialmente chiamata Galaxy DLA0817g, ma gli astronomi lo hanno soprannominato Disco di Wolfe dopo il defunto astronomo Arthur M. Wolfe, ex consigliere di dottorato di tre dei quattro autori dello studio. Rappresenta la galassia a disco rotante più distante che abbiano mai osservato, grazie alla matrice di telescopi Atacama Large Millimeter/submillimeter in Cile nota come ALMA.
Secondo le loro osservazioni, il disco della galassia ha una massa di 70 miliardi di volte quella del nostro sole. Inoltre ruota a 170 miglia al secondo, che è una velocità simile alla nostra galassia della Via Lattea. Ma le galassie con dischi stabili e ben formati, come la Via Lattea, si formarono gradualmente e apparvero più tardi nella linea temporale dell’universo, con alcune datate a 6 miliardi di anni dopo il Big Bang.
Nei primi giorni dopo il Big Bang, l’universo era in gran parte come una lavagna vuota. Successivamente, questa, è stata riempita dalla formazione disordinata di galassie. Piccole galassie si sono fuse e si sono scontrate con blocchi di gas caldi.
“La maggior parte delle galassie che troviamo nelle prime fasi dell’universo assomigliano a disastri ferroviari perché sono state oggetto di una fusione coerente e spesso” violenta “”, ha affermato Marcel Neeleman, autore principale dello studio e ricercatore post dottorato presso l’Istituto Max Planck di astronomia di Heidelberg, in Germania. “Queste fusioni a caldo rendono difficile formare dischi ben ordinati, a differenza di quelli rotanti a freddo, come osserviamo nel nostro universo attuale.”
Lo studio è stato pubblicato questa settimana sulla rivista Nature.
Come è apparsa una galassia a disco rotante ben formata durante questo periodo turbolento? Questa galassia si è formata e cresciuta, i ricercatori hanno concluso, in un modo diverso, noto come accrescimento in modalità fredda.
Gran parte di ciò che gli astronomi sanno sulla formazione della galassia si basa su una gerarchia. All’inizio, le strutture a forma di aureola della materia oscura, un grande componente invisibile dell’universo noto per il suo effetto sulla materia circostante, assorbono il gas. Queste fusioni, successivamente, crearono qualcosa di più ampio dove è possibile la formazione stellare e alla fine nasce una galassia.
Il gas aspirato dagli aloni della materia oscura veniva riscaldato dalle collisioni e una volta raffreddato formava un disco, questo fenomeno può durare miliardi di anni.
Ma nello scenario freddo, un gas molto più freddo viene aspirato in una nuova galassia e consente una formazione più rapida di un disco.
“Pensiamo che il Wolfe Disk sia cresciuto principalmente attraverso la costante crescita di gas freddo”, ha dichiarato J. Xavier Prochaska, coautore autore e professore di astronomia e astrofisica dell’Università della California, Santa Cruz. “Tuttavia, rimane il mistero su come si possa assemblare una massa di gas così grande mantenendo un disco rotante relativamente stabile.”
I ricercatori hanno anche usato i dati del telescopio spaziale Hubble e della vasta serie di antenne radio Karl G. Jansky della National Science Foundation nel New Mexico per capire che tipo di formazione stellare si stava verificando nella galassia.
“Il tasso di formazione stellare nel disco di Wolfe è almeno 10 volte superiore a quello della nostra galassia”, ha spiegato Prochaska. “Deve essere una delle galassie a disco più produttive nell’universo primordiale.”
Neeleman e i suoi colleghi hanno scoperto per la prima volta il Disco Wolfe usando ALMA nel 2017 quando la luce di un quasar è passata attraverso il gas idrogeno intorno alla galassia e lo ha rivelato. Un quasar, che assomiglia un pò ad una stella attraverso un telescopio, è in realtà un oggetto remoto che emette una grande quantità di energia probabilmente alimentata dalla materia che cade su un buco nero al centro di una galassia. La luce li ha aiutati a identificare questa galassia normale, piuttosto che la luce diretta emessa da galassie estremamente luminose.
Altrimenti, le galassie distanti sono difficili da osservare perché risultano molto deboli. Ma questo “assorbimento” del metodo della luce usando i quasar può avvenire quando i telescopi, la galassia e il quasar sono in allineamento, il che è raro – a meno che galassie come questa non fossero più comuni nell’universo primordiale.
“Il fatto che abbiamo trovato il Wolfe Disk usando questo metodo, ci dice che appartiene alla normale popolazione di galassie presenti nei primi tempi”, ha detto Neeleman. “Quando le nostre più recenti osservazioni con ALMA hanno mostrato sorprendentemente la sua rotazione, ci siamo resi conto che le galassie a dischi rotanti precoci non sono così rare come pensavamo e che dovrebbero essercene molte di più là fuori. Grazie ad ALMA, ora abbiamo prove inequivocabili che si siano già formate 1,5 miliardi di anni dopo il Big Bang “.
Sono necessarie ricerche e osservazioni future per capire quanto fosse comune questo fenomeno a freddo nella formazione delle galassie nell’universo primordiale.
