Rappresentazione artistica della galassia “mostro” AzTEC-1. L’illustratore ha rappresentato, oltre al nucleo galattico, anche i due grandi ammassi di gas e polveri scoperti da ALMA a una certa distanza dal nucleo, ritenuti centri di attiva formazione stellare (National Astronomical Observatory of Japan)

AzTEC-1, un’instancabile fabbrica di stelle nell’universo primordiale

Grazie alla potenza delle antenne di ALMA nel deserto del Cile, è stata osservata con ricchezza di dettagli una galassia primordiale, sorprendentemente già dotata di un disco in rotazione. L’elemento saliente ricavato dallo studio è però l’incredibile ritmo di formazione stellare in quella lontanissima galassia, oltre mille volte maggiore di quello della Via Lattea

La galassia SMG COSMOS-AzTEC-1, più brevemente AzTEC-1, ha uno spostamento verso il rosso delle righe spettrali elevatissimo: z = 4,3. Questo parametro si traduce in una distanza temporale quasi inconcepibile: la luce che riceviamo oggi fu emessa da questa galassia primordiale qualcosa come 12,4 miliardi di anni fa. È un tempo quasi tre volte maggiore dell’età del sistema solare: AzTEC-1 ci porta informazioni sullo stato dell’evoluzione galattica a meno di 1,5 miliardi di anni dal Big Bang.

L’osservazione di un oggetto così remoto è stata possibile grazie alla straordinaria risoluzione nelle onde millimetriche e submillimetriche di ALMA, un gigantesco interferometro dotato di 66 antenne mobili, situato a 5.000 metri di altitudine nel deserto di Atacama in Cile. Lo studio basato sulle osservazioni di ALMA è stato pubblicato il 29 agosto su Nature, con il giapponese Ken-ichi Tadaki come primo autore.

Le immagini catturate alla lunghezza d’onda di 860 µm hanno tracciato la distribuzione del monossido di carbonio, presente in enorme quantità all’interno di AzTEC-1. I dati acquisiti da ALMA in questa banda dello spettro raggiungono l’incredibile risoluzione di 0,08 secondi d’arco, che, per un valore di z = 4,3, vuol dire riuscire a risolvere oggetti con una dimensione lineare di 550 parsec (circa 1.800 anni luce).

Ciò che i ricercatori hanno osservato è che, contrariamente a quanto si attendevano, AzTEC-1 presenta un disco galattico già formato, in cui la velocità di rotazione prevale sulla velocità di dispersione. Min Yun, uno dei co-autori dello studio, professore di astronomia presso l’Università del Massachusetts, ha detto in proposito:

È una vera sorpresa che questa galassia, osservata com’era quasi 13 miliardi di anni fa, abbia un massiccio, ordinato disco gassoso in regolare rotazione, invece di quello che ci aspettavamo di trovare, sarebbe a dire una specie di caotico “disastro ferroviario”, che è quanto previsto dalla maggior parte degli studi teorici.

Al di fuori del disco galattico, sono presenti inoltre due grandi ammassi di nubi molecolari, indicati dalle frecce nell’immagine seguente.

A sinistra, la distribuzione del gas in AzTEC-1 osservata da ALMA. A destra, la distribuzione delle polveri all’interno della galassia (ALMA [ESO/NAOJ/NRAO], Tadaki et al.)

L’intera galassia — uno degli oggetti più brillanti del cielo, a quella distanza, nelle onde submillimetriche — appare dalle analisi come una frenetica e inarrestabile fucina di stelle. L’enorme massa di gas contenuta nel disco galattico, che Tadaki e colleghi hanno calcolato in circa 72 miliardi di masse solari, è gravitazionalmente instabile. La radiazione emessa dalle stelle del nucleo e le esplosioni di supernova non compensano, cioè, la spinta centripeta della gravità. Il gas tende a contrarsi e frazionarsi in nubi molecolari, all’interno delle quali vengono formate di continuo nuove stelle. AzTEC-1 è l’archetipo della galassia “starburst”: un serbatoio ricolmo di gas e polveri, interessato da un’esplosiva attività di formazione stellare. È inoltre una galassia insolitamente massiccia per un’epoca così antica, con una popolazione stellare calcolata in circa 99 miliardi di masse solari: una popolazione che aumenta ogni anno, secondo Tadaki e colleghi, di ben 1.186 masse solari.

Si tratta di un ritmo di formazione stellare semplicemente mostruoso, oltre 1.000 volte maggiore di quello della Via Lattea, che forma attualmente non più di 1 massa solare all’anno. Se l’instabilità gravitazionale riscontrata dagli autori dello studio non troverà in futuro un adeguato contrasto nelle spinte centrifughe provenienti dall’attività stellare o da qualche buco nero supermassiccio, basteranno solo cento milioni di anni per consumare l’intera riserva di gas osservata da ALMA: una velocità dieci volte maggiore di quella riscontrata in altre galassie starburst. Se esistesse una macchina del tempo che ci consentisse di vedere AzTEC-1 cento milioni di anni nel futuro, vedremmo probabilmente una galassia completamente diversa: un densissimo agglomerato di stelle ormai quasi completamente privo di gas e polveri, senza più la capacità di formare nuove stelle.

AzTEC-1 è un oggetto insolito per diversi motivi. Uno è la presenza di un disco galattico già formato e in regolare rotazione in un’epoca così antica della storia dell’universo; un altro è l’esistenza di due grandi ammassi di gas e polveri al di fuori del disco galattico (di solito nelle galassie starburst l’attività di formazione stellare è concentrata invece nel nucleo). Un terzo motivo è, come detto, l’altissimo ritmo di formazione stellare. Ma la cosa più sorprendente di tutte è come abbia fatto una così grande massa di gas ad accumularsi in una regione con un diametro di poco superiore ai 2 kiloparsec (circa 7.000 anni luce). Una possibile spiegazione è che AzTEC-1 sia il risultato di una precedente fusione tra due galassie entrate in rotta di collisione: un evento che può determinare spinte gravitazionali in grado di far confluire grandi masse di gas verso il centro della galassia nata dalla fusione. Tuttavia, benché questa spiegazione sia in accordo con i modelli teorici, non esiste nessuna prova diretta che AzTEC-1 sia davvero il risultato di un simile evento.

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