Le osservazioni VLT dei gamma-ray burst rivelano sorprendenti ingredienti nelle Galassie primordiali


Rappresentazione artistica di un gamma-ray burst che splende attraverso due giovani galassie nell’Universo primordiale. L’esplosione brillante sulla sinistra è un lampo di raggi gamma. La luce dallo scoppio viaggia attraverso entrambe le galassie nel suo cammino verso la Terra (verso destra).


Un team internazionale di astronomi ha utilizzato la luce breve ma brillante di un lontano gamma-ray burst (GRB) come sonda per studiare il make-up di galassie molto distanti. Sorprendentemente le nuove osservazioni, fatte con il Very Large Telescope dell’ESO, hanno rivelato due galassie nell’Universo giovane che sono molto più ricche di elementi chimici più pesanti del Sole.

Le due galassie sono impegnate in un processo di fusione. Tali eventi nell’Universo primordiale hanno guidato la formazione di molte nuove stelle e possono essere stati l’innesco per i lampi di raggi gamma.

I lampi di raggi gamma sono le esplosioni più brillanti dell’universo, sono osservati all’inizio dagli osservatori in orbita che rilevano la breve raffica iniziale di raggi gamma. Dopo che le posizioni sono state stabilite con certezza, sono quindi immediatamente studiati usando i grandi telescopi terrestri in grado di rilevare le emissioni di luce visibile e infrarossa che le sorgenti emettono nel corso delle ore successive e nei giorni seguenti.

Una tale esplosione, chiamata GRB 090.323, è stata notata dal telescopio spaziale per i raggi gamma Fermi della NASA. Poco dopo è stato raccolto dal rivelatore di raggi X sul satellite Swift della NASA e con il sistema GROND dal telescopio MPG / ESO di 2,2 metri in Cile e poi studiato in grande dettaglio utilizzando il Very Large Telescope (VLT) appena un giorno dopo che è avvenuta l’esplosione.

Le osservazioni del VLT mostrano che la luce brillante del GRB era passata attraverso la propria galassia ospite e un’altra galassia vicina. Queste galassie sono viste come erano circa 12 miliardi di anni fa.

Tali galassie lontane sono catturate molto raramente nel bagliore di un lampo di raggi gamma.

“Quando abbiamo studiato la luce da questo lampo di raggi gamma non sapevamo quello che potevamo trovare. E’ stata una sorpresa che il gas freddo in queste due galassie dell’Universo primordiale abbia dimostrato un tale trucco chimico inatteso “, spiega Sandra Savaglio del Max-Planck-Institut per la fisica extraterrestre di Garching, Germania e autore principale dello studio.

Così descrive i nuovi risultati. “Queste galassie hanno molti più elementi pesanti di quanto previsto di trovare in una galassia osservata così presto nella evoluzione dell’Universo. Non ci aspettavamo che l’universo fosse così maturo, così evoluto chimicamente, già agli inizi della sua formazione. ”

Quando la luce del lampo gamma ha attraversato le galassie, il gas si è comportato come un filtro, e ha assorbito parte della luce dalla GRB a certe lunghezze d’onda. Senza il GRB queste galassie deboli sarebbero state invisibili. Analizzando attentamente le impronte digitali rivelatori da diversi elementi chimici il team è stato in grado di elaborare la composizione del gas freddo in queste due galassie molto distanti, e in particolare di come fossero ricche di elementi pesanti.

Era previsto che nelle galassie del giovane universo poteva essere rilevata la presenza solo di piccole quantità di elementi più pesanti rispetto alle galassie al giorno d’oggi, come la Via Lattea. Gli elementi più pesanti sono prodotti durante la vita e la morte di generazioni di stelle, arricchendo progressivamente il gas nelle galassie. Gli astronomi possono utilizzare l’arricchimento chimico delle galassie per indicare a che punto sono con la loro vita. Ma le nuove osservazioni, sorprendentemente, hanno rivelato che alcune galassie erano già molto ricche di elementi pesanti meno di due miliardi di anni dopo il Big Bang. Qualcosa di impensabile fino a poco tempo fà.

La coppia di galassie giovani di recente scoperta va formando nuove stelle ad un ritmo tremendo, per arricchire il gas freddo così fortemente e rapidamente. Le due galassie sono vicine tra di loro tanto che possono essere probabilmente coinvolte in un processo di fusione che potrebbe anche comportare una intensa formazione di stelle, allorquando le nubi di gas si scontrano tra di loro; I nuovi risultati supportano anche l’idea che i lampi di raggi gamma possono essere associati con la vigorosa formazione stellare massiva.

La formazione energetica di stelle in galassie come queste potrebbe essere cessata presto nella storia dell’Universo. Dodici miliardi di anni più tardi, al momento attuale, i resti di queste galassie potrebbero contenere un gran numero di resti stellari come i buchi neri e le stelle nane fredde, formando una popolazione di “galassie morte” difficile da rilevare, solo deboli ombre rispetto a come erano nella loro esuberante gioventù.

Trovare tali cadaveri al giorno d’oggi sarebbe una bella sfida.

“Siamo stati molto fortunati ad osservare GRB 090.323 quando era ancora sufficientemente luminoso, in modo che fosse possibile ottenere osservazioni spettacolarmente dettagliate con il VLT.

I lampi di raggi gamma possono solo rimanere brillante per un tempo molto breve e ottenere dati di buona qualità è molto difficile. Speriamo di osservare ancora una volta queste galassie in futuro, quando avremo strumenti molto più sensibili, conclude Savaglio.

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