ALMA’s Long Baseline Campaign has produced a spectacularly detailed image of a distant galaxy being gravitationally lensed, revealing star-forming regions — something that has never been seen before at this level of detail in a galaxy so remote. The new observations are far more detailed than any previously made of such a distant galaxy, including those made using the NASA/ESA Hubble Space Telescope, and reveal clumps of star formation in the galaxy equivalent to giant versions of the Orion Nebula. The left panel shows the foreground lensing galaxy (observed with Hubble), and the gravitationally lensed galaxy SDP.81, which forms an almost perfect Einstein Ring, is hardly visible. The middle image shows the sharp ALMA image of the Einstein ring, with the foreground lensing galaxy being invisible to ALMA. The resulting reconstructed image of the distant galaxy (right) using sophisticated models of the magnifying gravitational lens, reveal fine structures within the ring that have never been seen before: Several dust clouds within the galaxy, which are thought to be giant cold molecular clouds, the birthplaces of stars and planets.

Come si formano le galassie ellittiche più grandi?


Non attraverso meccanismi di aggregazione fra galassie a spirale, come vuole il paradigma attuale, bensì tramite processi di genesi stellare locale. Lo suggerisce uno studio, guidato da Claudia Mancuso della SISSA di Trieste, pubblicato oggi su The Astrophysical Journal.


Con un approccio “intuitivo”, uno studio a guida SISSA conferma un’ipotesi recente sulla formazione delle galassie, secondo la quale le ellittiche più grandi si sono formate in tempi molto antichi per processi di genesi stellare locale (in situ) e non con meccanismi di aggregazione fra galassie a spirale, come vuole il paradigma attuale, fonte di incongruenze teoriche eppure generalmente accettato dalla maggioranza della comunità scientifica. Lo studio supporta l’ipotesi in situ, già proposta attraverso modelli teorici, basandosi sulla sola analisi e interpolazione di nuovi dati raccolti dallo strumento Herschel (nell’infrarosso) integrati con i dati di Hubble (nell’ultravioletto), un metodo tanto innovativo quanto semplice. La ricerca è stata pubblicata su The Astrophysical Journal.

Tutto nasce da un problema con la polvere: le galassie in cui si formano più stelle sono anche le più “polverose”, perché il violento processo di formazione stellare crea gas e molecole pesanti. Questo significa che parte della radiazione elettromagnetica emessa dalle stelle nascenti non può essere registrata dagli strumenti per l’osservazione astronomica nella banda ottica e ultravioletta, poiché viene assorbita da polvere e gas e riemessa come radiazione infrarossa. Come se non bastasse, per le galassie più antiche – lontanissime – è anche difficile osservare questa radiazione infrarossa a causa di limiti strumentali. Tutto ciò complica la vita agli astrofisici che studiano la nascita delle stelle e la formazione galattica, e finora gli studi hanno principalmente proposto  previsioni basate su modelli puramente teorici.

Claudia Mancuso, studentessa di Phd, sotto la supervisione di Andrea Lapi e Luigi Danese (professori nel gruppo di astrofisica della SISSA e autori dello studio attuale, nonché entrambi associati all’INAF di Trieste), ha in certo senso fatto il contrario. «Siamo partiti dai dati, disponibili in maniera completa solo per le galassie più vicine e in maniera incompleta per quelle più lontane, e abbiamo riempito i ‘buchi’ interpretandoli ed estendendoli sulla base di uno scenario da noi elaborato», spiega Mancuso. L’analisi ha anche tenuto conto del fenomeno delle lenti gravitazionali, che permette di osservare galassie molto lontane e quindi appartenenti a epoche cosmiche antiche.

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Immagine di Hubble della regione attorno a SDP.81

In questo modo “diretto” (e cioè model-independent) il gruppo della SISSA ha ottenuto un’immagine dell’evoluzione delle galassie anche in epoche molto antiche (vicine, in senso di  tempo cosmico, all’epoca della reionizzazione). Questa ricostruzione dimostra che le galassie ellittiche non si possono essere formate dalla aggregazione (merging) di altre galassie, «perché semplicemente non c’è stato il tempo per accumulare le grandi quantità di stelle osservate in tali galassie attraverso questi processi», commenta Mancuso. «Questo vuol dire che la formazione delle galassie ellittiche avviene per processi interni, in situ, di nascita stellare».

«Questi nostri risultati», dice Mancuso, «costituiranno un punto di partenza imprescindibile per l’elaborazione della prossima generazione di modelli e simulazioni numeriche, e soprattutto offriranno una base senza precedenti per identificare le galassie primordiali nelle survey di prossima generazione nell’ultravioletto con il futuro telescopio spaziale JWST (James Webb Space Telescope), in banda millimetrica con ALMA (Atacama Large Millimeter Array), e in banda radio con l’interferometro SKA (The Square Kilometre Array)”.

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