Comunicato Stampa

Polvere di stelle antica per far luce sulle prime stelle

Gli oggetti più distanti mai visti da ALMA

08 Marzo 2017

Alcuni astronomi hanno usato ALMA per rivelare una enorme massa di polvere incandescente in una galassia osservata quando l'Universo aveva solo il 4% della sua età attuale. La galassia viene vista appena dopo la sua formazione: è la galassia più distante in cui sia stata rivelata della polvere. L'osservazione rappresenta anche la più distante misura di ossigeno nell'Universo. Questi risultati forniscono nuove conoscenze sulla nascita e sulla morte esplosiva delle primissime stelle.

Un'equipe internazionale di astronomi, guidati da Nicolas Laporte dell'University College di Londra, hanno usato il telescopio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) per osservare A2744_YD4, la galassia più giovane e più distante mai osservata da ALMA. Soprendentemente hanno trovato che questa giovane galassia contiene molta polvere interstellare - polvere formata dalla morte di una generazione precedente di stelle.

Osservazioni successive con lo strumento X-shooter sul VLT (Very Large Telescope) dell'ESO hanno confermato l'enorme distanza di A2744_YD4. La galassia ci appare com'era quando l'Universo aveva solo 600 milioni di anni, durante il periodo in cui si stavano formando le prime stelle e le prime galassie [1].

"Non solo A2744_YD4 è la galassia più distante mai osservata da ALMA," commenta Nicolas Laporte, "ma trovare così tanta polvere indica che una generazione precedente di supernove deve aver 'inquinato' questa galassia."

La polvere cosmica è composta per la maggior parte da silicio, carbonio e alluminio, in grani piccolissimi, fino a un milionesimo di centimetro. Gli elementi chimici presenti nei grani sono formati all'interno delle stelle e vengono sparsi nel cosmo quando le stelle muoiono, nel modo più spettacolare attraverso un'esplosione di supernova, l'atto finale della vita breve e intensa delle stelle più massicce. Oggi la polvere è abbondante e rappresenta un elemento chiave nella formazione di stelle, planeti e molecole complesse; nell'Universo primordiale, invece, prima che le prime generazioni di stelle terminassero la propria vita, era molto scarsa.

Le osservazioni della galassia polverosa A2744_YD4 sono state possibili perchè questa galassia si trova dietro a un ammasso di galassie massiccio chiamato Abell 2744 [2]. Grazie a un fenomeno noto come lente gravitazionale, l'ammasso agisce come un gigantesco 'telescopio' cosmico e ingrandisce la galassia più distante, A2744_YD4, circa 1,8 volte, permettendo così all'equipe di osservare una zona più lontana dell'Universo.

Le osservazioni di ALMA hanno anche trovato emissione di ossigeno ionizzato proveniente da A2744_YD4. È la più distante, e cioè la più antica nel tempo, rivelazione di ossigeno nell'Universo, e batte un precedente risultato di ALMA risalente al 2016.

L'osservazione di polvere nell'Universo primordiale fornisce nuove informazioni sull'epoca in cui sono esplose le prime supernove e perciò il momento in cui le prime stelle caldissime hanno inondato l'Universo di luce. Determinare l'epoca di questa "alba cosmica" è uno dei santi graal dell'astronomia moderna e questa può essere sondata indirettamente attraverso lo studio della polvere interstellare primordiale.

L'equipe stima che A2744_YD4 contenesse una quantità di polvere equivalente a 6 milioni di volte la massa del Sole, mentre la massa totale delle stelle della galassia - o massa stellare - era di 2 miliardi di volte la massa del Sole. L'equipe ha misurato anche il tasso di formazione stellare di A2744_YD4 e ha trovato che le stelle si stanno formando con un tasso pari a 20 masse solari per anno - da confrontare con una massa solare all'anno nella Via Lattea [3].

"Questo tasso non è insolito per una galassia così distante, ma ci mostra come la polvere di A2744_YD4 si sia formata velocemente," spiega Richard Ellis (ESO e University College di Londra), coautore del lavoro. "È sorprendente verificare che il tempo richiesto è di soli 200 milioni di anni - stiamo osservando questa galassia poco dopo la sua formazione."

Ciò significa che un episodio di formazione stellare significativo è iniziato circa 200 milioni di anni prima dell'epoca in cui si osserva la galassia. È una grande opportunità che ALMA aiuti a studiare l'era in cui le prime stelle e le prime galassie si sono letteralmente "accese" - le epoche più antiche mai sondate. Il nostro Sole, il nostro pianeta e la nostra esistenza sono il prodotto - 13 miliardi di anni dopo - di queste prime generazioni di stelle. Studiando la loro formazione, le loro vite e la loro morte stiamo esplorando le nostre origini.

"Con ALMA, le prospettive per osservazioni più profonde e più estese di galassie simili a questa in queste epoche così lontane sono molto promettenti", commenta Ellis.

E Laporte conclude: "Ulteriori misure di questo tipo ci danno una prospettiva esaltante di poter tracciare la formazione stellare precoce e la creazione di elementi chimici più pesanti anche più indietro verso l'Universo primordiale".

Note

[1] Questo periodo corrisponde a un redshift di z=8,38, durante l'epoca di re-ionizzazione.

[2] Abell 2744 è un oggetto massiccio, a circa 3,5 miliardi di anni luce da noi (redshift = 0,308), che si pensa sia il risultato di quattro ammassi di galassie più piccoli in collisione. È stato soprannominato Ammasso di Pandora poichè mostra molti fenomeni strani e diversi scatenati dall'enorme collisione avvenuta durante un periodo di circa 350 milioni di anni. Le galassie rappresentano circa il 5% della massa dell'ammasso, mentre la materia oscura ne rappresenta il 75%, fornendo l'attrazione gravitazionale necessaria per distorcere e ingrandire la luce degli oggetti sullo sfondo. Il restante 20% della massa si trova sotto forma di gas caldo.

[3] Questo tasso implica che la massa totale delle stelle formate ogni anno è equivalente a 20 volte la massa del Sole.

Ulteriori Informazioni

Questo risultato è stato descritto nell'articolo intitolato “Dust in the Reionization Era: ALMA Observations of a z =8.38 Gravitationally-Lensed Galaxy”di Laporte et al., pubblicato dalla rivista The Astrophysical Journal Letters.

L'equipe è composta da N. Laporte (University College London, Regno Unito), R. S. Ellis (University College London, Regno Unito; ESO, Garching, Germania), F. Boone (Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP), Toulouse, Francia), F. E. Bauer (Pontificia Universidad Católica de Chile, Instituto de Astrofísica, Santiago, Cile), D. Quénard (Queen Mary University of London, London, Regno Unito), G. Roberts-Borsani (University College London, Regno Unito), R. Pelló (Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP), Toulouse, Francia), I. Pérez-Fournon (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, Spagna; Universidad de La Laguna, Tenerife, Spagna), e A. Streblyanska (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, Spagna; Universidad de La Laguna, Tenerife, Spagna).

ALMA, l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, un osservatorio astronomico internazionale, è una collaborazione fra l'Europa, la U.S. National Science Foundation (NSF) e gli Istituti Nazionali di Scienze Naturali del Giappone (NINS), in cooperazione con la repubblica del Cile. ALMA è stato fondato dall'ESO per conto dei suoi stati membri, dall'NSF in cooperazione con il National Research Council del Canada (NRC) e il National Science Council di Taiwan (NSC) e dal NINS in cooperazione con l'Accademia Sinica di Taiwan (AS) e l'Istituto di Astronomia e Scienze Spaziali della Corea (KASI).

La costruzione e la gestione di ALMA sono condotte dall'ESO per conto dei suoi stati membri, dall'Osservatorio Nazionale di Radio Astronomia (NRAO) gestito dalle Associated Universities, Inc. (AUI) per conto del Nord America e dall'Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone (NAOJ) per conto dell'Asia Orientale. L'osservatorio congiunto di ALMA (JAO: Joint ALMA Observatory) fornisce la guida unitaria e la gestione della costruzione, del commissioning e delle operazioni di ALMA.

L'ESO (European Southern Observatory, o Osservatorio Australe Europeo) è la principale organizzazione intergovernativa di Astronomia in Europa e l'osservatorio astronomico più produttivo al mondo. È sostenuto da 16 paesi: Austria, Belgio, Brasile, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Italia, Paesi Bassi, Polonia, Portogallo, Regno Unito, Repubblica Ceca, Spagna, Svezia, e Svizzera, oltre al paese che ospita l'ESO, il Cile. L'ESO svolge un ambizioso programma che si concentra sulla progettazione, costruzione e gestione di potenti strumenti astronomici da terra che consentano agli astronomi di realizzare importanti scoperte scientifiche. L'ESO ha anche un ruolo di punta nel promuovere e organizzare la cooperazione nella ricerca astronomica. L'ESO gestisce tre siti osservativi unici al mondo in Cile: La Silla, Paranal e Chajnantor. Sul Paranal, l'ESO gestisce il Very Large Telescope, osservatorio astronomico d'avanguardia nella banda visibile e due telescopi per survey. VISTA, il più grande telescopio per survey al mondo, lavora nella banda infrarossa mentre il VST (VLT Survey Telescope) è il più grande telescopio progettato appositamente per produrre survey del cielo in luce visibile. L'ESO è il partner principale di ALMA, il più grande progetto astronomico esistente. E sul Cerro Armazones, vicino al Paranal, l'ESO sta costruendo l'European Extremely Large Telescope o E-ELT (significa Telescopio Europeo Estremamente Grande), un telescopio da 39 metri che diventerà "il più grande occhio del mondo rivolto al cielo".

La traduzione dall'inglese dei comunicati stampa dell'ESO è un servizio dalla Rete di Divulgazione Scientifica dell'ESO (ESON: ESO Science Outreach Network) composta da ricercatori e divulgatori scientifici da tutti gli Stati Membri dell'ESO e altri paesi. Il nodo italiano della rete ESON è gestito da Anna Wolter.

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Questa è una traduzione del Comunicato Stampa dell'ESO eso1708.