Le galassie molto, molto tempo fa erano molto feconde; hanno dato alla luce stelle a un ritmo almeno dieci volte quello che vediamo oggi.
Perché? C'erano più cose in giro allora, per fare stelle? O le galassie erano allora più efficienti nella creazione di stelle? O qualcos'altro??
La dott.ssa Linda Tacconi, del Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik tedesco, ha guidato un team internazionale di astronomi per scoprire perché ... e la risposta sembra essere che le giovani galassie fossero piene di gas.
"Siamo stati in grado, per la prima volta, di rilevare e immaginare il freddo gas molecolare nelle normali galassie a forma di stella, che sono rappresentative delle tipiche massicce popolazioni di galassie poco dopo il Big Bang", ha affermato il dott. Tacconi.
Le osservazioni stimolanti lasciano intravedere come le galassie, o più precisamente il gas freddo in queste galassie, apparissero da 3 a 5 miliardi di anni dopo il Big Bang (equivalente a un redshift cosmologico da z ~ 2 a z ~ 1). A questa età, le galassie sembrano aver formato stelle più o meno continuamente con almeno dieci volte il tasso visto in sistemi di massa simili nell'universo locale.
È ora ragionevolmente accertato che le galassie si sono formate da proto-galassie, che a loro volta si sono formate in sovra-densità locali, dominate dalla fredda materia oscura - aloni di materia oscura - dove l'idrogeno e l'elio di recente neutralità si sono raccolti e raffreddati. Attraverso collisioni e fusioni, e alcune continue accelerazioni di gas, le proto-galassie formarono giovani galassie, pochi miliardi di anni dopo il Big Bang - in breve, una formazione gerarchica.
Osservazioni dettagliate del gas freddo, della sua distribuzione e dinamica svolgono un ruolo chiave nel districare i complessi meccanismi responsabili della trasformazione delle prime proto-galassie in moderne galassie, come la Via Lattea. Un importante studio sulle galassie distanti e luminose che formano stelle sull'interferometro millimetrico del Plateau de Bure ha ora portato a una svolta dando uno sguardo diretto al "cibo" della formazione stellare. Lo studio ha sfruttato i recenti recenti progressi nella sensibilità dei radiometri all'osservatorio per effettuare il primo rilevamento sistematico delle proprietà dei gas freddi (tracciato da una linea di rotazione della molecola di monossido di carbonio) delle galassie massicce normali quando l'Universo era del 40% ( z = 1.2) e 24% (z = 2.3) della sua età attuale. Le osservazioni precedenti erano in gran parte limitate a oggetti rari e molto luminosi, tra cui fusioni di galassie e quasar. Il nuovo studio traccia invece le massicce galassie formanti stelle rappresentative della popolazione di galassie "normale", media in questa gamma di massa e spostamento verso il rosso.
"Quando abbiamo iniziato il programma circa un anno fa", afferma il dott. Tacconi, "non potevamo essere sicuri di poter rilevare qualcosa. Ma le osservazioni hanno avuto successo oltre le nostre speranze più ottimistiche. Siamo stati in grado di dimostrare che le galassie normali massicce a z ~ 1,2 e z ~ 2,3 avevano da cinque a dieci volte più gas di quello che vediamo nell'universo locale. Dato che queste galassie stavano formando gas ad alta velocità per lunghi periodi di tempo, ciò significa che il gas deve essere stato continuamente rifornito di accrescimento dagli aloni della materia oscura, in eccellente accordo con il recente lavoro teorico. "
Un altro importante risultato di queste osservazioni sono le prime immagini spazialmente risolte della distribuzione e dei movimenti del gas freddo in diverse galassie. "Questo sondaggio ha aperto le porte a una strada completamente nuova per studiare l'evoluzione delle galassie", afferma Pierre Cox, direttore di IRAM. "Questo è davvero eccitante e c'è molto di più a venire."
"Queste scoperte affascinanti ci forniscono importanti indizi e vincoli per i modelli teorici di prossima generazione che utilizzeremo per studiare più dettagliatamente le prime fasi dello sviluppo delle galassie", afferma Andreas Burkert, specialista per la formazione stellare e l'evoluzione delle galassie all'eccellenza tedesca Universo cluster. "Alla fine questi risultati aiuteranno a comprendere l'origine e lo sviluppo della nostra Via Lattea."
Informazioni sull'immagine EGS 1305123: Immagini ottiche e millimetriche risolte spazialmente di una tipica galassia massiccia con redshift z = 1,1 (5,5 miliardi di anni dopo il Big Bang). L'immagine di sinistra è stata scattata con il telescopio spaziale Hubble nelle bande V e I-ottica, come parte del rilevamento AEGIS delle galassie distanti. L'immagine giusta è una sovrapposizione dell'emissione di CO 3-2 osservata con il PdBI (colori rosso / giallo) sovrapposto all'immagine I (grigio). Per la prima volta queste osservazioni mostrano chiaramente che l'emissione della linea molecolare e la luce ottica proveniente da stelle massicce tracciano un disco rotante di diametro di circa 60.000 anni luce. Questo disco ha dimensioni e struttura simili a quelle osservate nelle galassie di dischi z ~ 0, come la Via Lattea. Tuttavia, la massa di gas freddo presente in questo disco è circa un ordine di grandezza maggiore rispetto alle galassie tipiche del disco z ~ 0. Questo spiega perché le galassie ad alta z possono formarsi continuamente a circa dieci volte il tasso delle galassie z ~ 0 tipiche.
Fonti: Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Tacconi et al. (2010), Nature 463, 781 (prestampa: arXiv: 1002.2149)
