Le attuali teorie sulla formazione delle galassie si basano sulla fusione gerarchica di entità più piccole in strutture sempre più grandi, a partire dalle dimensioni di un ammasso globulare stellare e terminando con ammassi di galassie. Secondo questo scenario, si presume che non esistessero galassie di massa nel giovane universo.
Tuttavia, potrebbe essere necessario rivedere questo punto di vista. Utilizzando lo strumento FORS2 multimodale sul Very Large Telescope al Paranal, un team di astronomi italiani ha identificato quattro galassie remote, molte volte più massicce della galassia della Via Lattea, o enormi come le galassie più pesanti dell'universo attuale. Quelle galassie devono essersi formate quando l'Universo aveva solo circa 2.000 milioni di anni, cioè circa 12.000 milioni di anni fa.
Gli oggetti appena scoperti possono essere membri di una popolazione di vecchie galassie voluminose non rilevate fino ad ora.
L'esistenza di tali sistemi mostra che l'accumulo di enormi galassie ellittiche era molto più veloce nell'universo primordiale di quanto previsto dalla teoria attuale.
Fusione gerarchica
Le galassie sono come isole nell'Universo, fatte di stelle e nuvole di polvere e gas. Sono disponibili in diverse dimensioni e forme. Gli astronomi generalmente distinguono tra galassie a spirale - come la nostra Via Lattea, NGC 1232 o la famosa galassia di Andromeda - e galassie ellittiche, queste ultime per lo più contenenti vecchie stelle e con pochissima polvere o gas. Alcune galassie sono intermedie tra spirali ed ellittiche e sono indicate come galassie lenticolari o sferoidali.
Le galassie non sono solo di forma distinta, ma hanno anche dimensioni: alcune possono essere "leggere" come un ammasso globulare stellare nella nostra Via Lattea (cioè contengono circa l'equivalente di qualche milione di Soli) mentre altre possono essere più massicce di un milione di soli. Attualmente, oltre la metà delle stelle nell'Universo si trova in enormi galassie sferoidali.
Una delle principali domande aperte dell'astrofisica e della cosmologia moderne è come e quando le galassie si sono formate e si sono evolute a partire dal gas primordiale che ha riempito l'Universo primordiale. Nella teoria corrente più popolare, le galassie nell'universo locale sono il risultato di un processo relativamente lento in cui le galassie piccole e meno massicce si fondono per costruire gradualmente galassie più grandi e più massicce. In questo scenario, soprannominato "fusione gerarchica", il giovane Universo era popolato da piccole galassie con poca massa, mentre l'attuale Universo contiene galassie grandi, vecchie e massicce, le ultime che si formano nella fase finale di un lento processo di assemblaggio.
Se questo scenario fosse vero, allora non si dovrebbe essere in grado di trovare enormi galassie ellittiche nel giovane universo. O, in altre parole, a causa della velocità finita della luce, non dovrebbero esserci galassie così enormi molto lontane da noi. E infatti, fino ad ora nessuna vecchia galassia ellittica era conosciuta al di là di una radio-galassia con spostamento verso il rosso 1.55 che fu scoperta quasi dieci anni fa.
Il sondaggio K20
Per comprendere meglio il processo di formazione delle galassie e verificare se lo scenario di fusione gerarchica è valido, un team di astronomi italiani ed ESO ha usato il Very Large Telescope dell'ESO come "macchina del tempo" per fare una ricerca di galassie ellittiche molto remote. Tuttavia, questo non è banale. Le galassie ellittiche distanti, con il loro contenuto di stelle vecchie e rosse, devono essere oggetti molto deboli a lunghezze d'onda ottiche poiché la maggior parte della loro luce viene spostata verso il rosso nella parte infrarossa dello spettro. Le galassie ellittiche remote sono quindi tra gli obiettivi osservativi più difficili anche per i più grandi telescopi; questo è anche il motivo per cui il record redshift 1.55 è persistito per così tanto tempo.
Ma questa sfida non ha fermato i ricercatori. Hanno ottenuto la spettroscopia ottica profonda con lo strumento FORS2 multimodale sul VLT per un campione di 546 oggetti deboli trovati in un'area del cielo di 52 arcmin2 (o circa un decimo dell'area della Luna Piena) noto come campo K20, e che si sovrappone in parte con l'area MERCI-Sud. La loro perseveranza ha dato i suoi frutti e sono stati premiati dalla scoperta di quattro vecchie galassie enormi con spostamenti verso il rosso tra 1,6 e 1,9. Queste galassie si vedono quando l'Universo era solo circa il 25% della sua età attuale di 13.700 milioni di anni.
Per una delle galassie, il team K20 ha beneficiato anche del database di spettri disponibili al pubblico nell'area GOODS-South, preso dal team ESO / GOODS.
Una nuova popolazione di galassie
Le galassie appena scoperte si vedono così quando l'Universo aveva circa 3.500 milioni di anni, cioè 10.000 milioni di anni fa. Ma dagli spettri presi, sembra che queste galassie contengano stelle con un'età compresa tra 1.000 e 2.000 milioni di anni. Ciò implica che le galassie devono essersi formate di conseguenza in precedenza e che devono aver sostanzialmente completato la loro assemblea in un momento in cui l'Universo aveva solo 1.500 a 2.500 milioni di anni.
Le galassie sembrano avere masse superiori a centomila milioni di masse solari e sono quindi di dimensioni simili alle galassie più massicce dell'Universo attuale. Le immagini complementari prese nell'ambito del sondaggio GOODS ("The Great Observatories Origins Deep Survey") del telescopio spaziale Hubble mostrano che queste galassie hanno strutture e forme più o meno identiche a quelle delle attuali galassie ellittiche di massa.
Le nuove osservazioni hanno quindi rivelato una nuova popolazione di galassie molto antiche e massicce.
L'esistenza di tali enormi e vecchie galassie sferoidali nell'universo primordiale mostra che l'assemblaggio delle attuali galassie ellittiche di massa è iniziato molto prima ed era molto più veloce di quanto previsto dalla teoria della fusione gerarchica. Andrea Cimatti (INAF, Firenze, Italia), leader del team, afferma: "Il nostro nuovo studio ora solleva domande fondamentali sulla nostra comprensione e conoscenza dei processi che regolano la genesi e la storia evolutiva dell'Universo e delle sue strutture".
Fonte originale: Comunicato stampa ESO
