Credito d'immagine: Hubble
Un team internazionale di astronomi ha raccolto prove che le galassie si sono formate molto rapidamente dopo il Big Bang. Ciò significa che hanno solo 1,5 miliardi di anni, un tempo in cui l'Universo aveva solo il 10% della sua età attuale. Si ritiene che questi cluster si siano formati così rapidamente perché queste aree erano incredibilmente dense di materiale.
Guardando indietro nel tempo di quasi 9 miliardi di anni, un team internazionale di astronomi ha trovato galassie mature in un giovane universo. Le galassie sono membri di un ammasso di galassie che esistevano quando l'universo aveva solo 5 miliardi di anni, ovvero circa il 35 percento della sua era attuale. Questa prova convincente che le galassie devono aver iniziato a formarsi subito dopo che il big bang è stato rafforzato dalle osservazioni fatte dallo stesso team di astronomi quando hanno sbirciato ancora più indietro nel tempo. Il team ha scoperto galassie embrionali a soli 1,5 miliardi di anni dopo la nascita del cosmo, ovvero il 10 percento dell'età attuale dell'universo. Le "baby galassie" risiedono in un cluster ancora in via di sviluppo, il proto-cluster più distante mai trovato.
La Advanced Camera for Surveys (ACS) a bordo del telescopio spaziale Hubble della NASA è stata utilizzata per fare osservazioni sull'enorme cluster, RDCS 1252.9-2927, e sul proto-cluster, TN J1338-1942. Le osservazioni dell'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA hanno prodotto il contenuto di massa e di elementi pesanti dell'RDCS 1252, il cluster più massiccio conosciuto per quell'epoca. Queste osservazioni fanno parte di uno sforzo coordinato del team scientifico ACS per tracciare la formazione e l'evoluzione di ammassi di galassie in un ampio intervallo di tempo cosmico. L'ACS è stato costruito appositamente per gli studi su oggetti così distanti.
Questi risultati supportano ulteriormente le osservazioni e le teorie che le galassie si sono formate relativamente presto nella storia del cosmo. L'esistenza di ammassi così massicci nell'universo primordiale concorda con un modello cosmologico in cui gli ammassi si formano dalla fusione di molti ammassi secondari in un universo dominato dalla fredda materia oscura. La natura precisa della materia oscura fredda, tuttavia, non è ancora nota.
Il primo studio di Hubble ha stimato che le galassie in RDCS 1252 costituivano la maggior parte delle loro stelle più di 11 miliardi di anni fa (a turni rossi maggiori di 3). I risultati sono stati pubblicati nel numero del 20 ottobre 2003 dell'Astrophysical Journal. L'autore principale del documento è John Blakeslee della Johns Hopkins University di Baltimora, nel Maryland.
Il secondo studio di Hubble ha scoperto, per la prima volta, un proto-cluster di "galassie infantili" che esisteva più di 12 miliardi di anni fa (in redshift 4.1). Queste galassie sono così giovani che gli astronomi possono ancora vedere una raffica di stelle formarsi al loro interno. Le galassie sono raggruppate attorno a una grande galassia. Questi risultati saranno pubblicati nel numero di Nature del 1 ° gennaio 2004. L'autore principale del documento è George Miley dell'Osservatorio di Leida nei Paesi Bassi.
"Fino a poco tempo fa la gente non pensava che esistessero cluster quando l'universo aveva solo circa 5 miliardi di anni", ha spiegato Blakeslee.
"Anche se esistessero tali cluster", ha aggiunto Miley, "fino a poco tempo fa gli astronomi pensavano che fosse quasi impossibile trovare cluster che esistevano 8 miliardi di anni fa. In realtà, nessuno sapeva davvero quando è iniziato il clustering. Ora possiamo testimoniarlo. "
Entrambi gli studi hanno portato gli astronomi a concludere che questi sistemi sono i progenitori degli ammassi di galassie visti oggi. "Il cluster RDCS 1252 sembra un cluster attuale", ha affermato Marc Postman dello Space Telescope Science Institute di Baltimora, nel Maryland, e coautore di entrambi i documenti di ricerca. "In effetti, se dovessi metterlo accanto a un cluster di oggi, non sapresti quale sia quale."
Una storia di due ammassi
Come possono le galassie crescere così velocemente dopo il big bang? "È un caso in cui i ricchi diventano più ricchi", ha detto Blakeslee. "Questi cluster sono cresciuti rapidamente perché si trovano in regioni molto dense, quindi c'è abbastanza materiale per costruire le galassie membro molto velocemente."
Questa idea è rafforzata dalle osservazioni a raggi X del massiccio ammasso RDCS 1252. Chandra e XMM-Newton dell'Agenzia spaziale europea hanno fornito agli astronomi le misurazioni più accurate fino ad oggi delle proprietà di un'enorme nuvola di gas caldo che pervade l'ammasso massiccio. Questo gas da 160 milioni di gradi Fahrenheit (70 milioni di gradi Celsius) è un serbatoio della maggior parte degli elementi pesanti nel cluster e un accurato tracciante della sua massa totale. Un articolo di Piero Rosati dell'Osservatorio europeo meridionale (ESO) e colleghi che presenta le osservazioni radiologiche di RDCS 1252 sarà pubblicato nel gennaio 2004 sull'Astronomical Journal.
"La visione nitida di Chandra ha risolto la forma dell'alone di gas caldo e ha dimostrato che RDCS 1252 è molto maturo per la sua età", ha detto Rosati, che ha scoperto il gruppo con il telescopio a raggi X ROSAT.
RDCS 1252 può contenere molte migliaia di galassie. La maggior parte di queste galassie, tuttavia, sono troppo deboli per essere rilevate. Ma i potenti "occhi" dell'ACS ne hanno individuato diverse centinaia. Le osservazioni che utilizzano il Very Large Telescope (VLT) dell'ESO hanno fornito una misurazione precisa della distanza dal cluster. L'ACS ha permesso ai ricercatori di determinare con precisione le forme e i colori delle 100 galassie, fornendo informazioni sull'età delle stelle che risiedono in esse. Il team ACS ha stimato che la maggior parte delle stelle nel cluster erano già formate quando l'universo aveva circa 2 miliardi di anni. Le osservazioni ai raggi X, inoltre, hanno mostrato che 5 miliardi di anni dopo il big bang il gas caldo circostante era stato arricchito con elementi pesanti di queste stelle ed era stato spazzato via dalle galassie.
Se la maggior parte delle galassie in RDCS 1252 ha raggiunto la maturità e si sta stabilendo in una tranquilla età adulta, le galassie che si formano nel lontano proto-cluster sono nella loro energica e ribelle giovinezza.
Il proto-cluster TN J1338 contiene un'enorme galassia embrionale circondata da piccole galassie in via di sviluppo, che sembrano punti nell'immagine di Hubble.
La galassia dominante sta producendo spettacolari getti radio-emettitori, alimentati da un buco nero supermassiccio nel profondo del nucleo della galassia. L'interazione tra questi getti e il gas può stimolare un torrente di nascita di stelle.
L'energica scoperta della galassia radiofonica da parte dei radiotelescopi ha spinto gli astronomi a cacciare le galassie più piccole che costituiscono la maggior parte dell'ammasso.
"I grandi gruppi sono le città dell'universo e le galassie radio al loro interno sono i fumaioli che possiamo usare per trovarli quando stanno appena iniziando a formarsi", ha detto Miley.
I due risultati sottolineano il potere di combinare le osservazioni di molti diversi telescopi che hanno fornito viste dell'universo distante in una gamma di lunghezze d'onda. La fotocamera avanzata di Hubble ha fornito informazioni importanti sulla struttura di entrambi i cluster di galassie distanti. La visione a raggi X di Chandra e XMM-Newton forniva le misure essenziali del gas primordiale in cui sono incorporate le galassie in RDCS 1252 e stime accurate della massa totale contenuta in quel cluster. I grandi telescopi terrestri, come il VLT, fornivano misurazioni precise della distanza di entrambi i cluster e della composizione chimica delle galassie in essi contenute.
Il team ACS sta conducendo ulteriori osservazioni di cluster distanti per consolidare la nostra comprensione di come questi giovani cluster e le loro galassie si evolvono nella forma delle cose viste oggi. Le loro osservazioni pianificate includono l'uso di osservazioni nel vicino infrarosso per analizzare i tassi di formazione stellare in alcuni dei cluster bersaglio, incluso RDCS 1252, per misurare la storia cosmica della formazione stellare in queste strutture enormi. Il team sta inoltre cercando le regioni attorno a diverse galassie radio ultra-distanti per ulteriori esempi di proto-cluster. L'obiettivo scientifico finale del team è quello di stabilire un quadro completo dell'evoluzione dei cluster a partire dalla formazione nelle prime epoche e dettagliare l'evoluzione fino ad oggi.
Fonte originale: Hubble News Release
