Le polveri di antiche stelle raccontano l’inizio dell’Universo


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Questa rappresentazione artistica mostra il possibile aspetto della giovane galassia distante A2744_YD4.


Un’equipe internazionale di astronomi, guidati da Nicolas Laporte dell’University College di Londra, hanno usato il telescopio Atacama Large Millimeter/submillimeter Array dell’Eso per osservare A2744_YD4, la galassia più giovane e più distante mai osservata da Alma. Sorprendentemente hanno trovato che questa giovane galassia contiene molta polvere interstellare incandescente 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 (questo periodo corrisponde a un redshift di z=8,38, durante l’epoca di re-ionizzazione).

«Non solo A2744_YD4 è la galassia più distante mai osservata da Alma», ha commentato 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.

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Veduta con ALMA e con il telescopio spaziale Hubble della galassia polverosa distante A2744_YD4.


Oggi la polvere è abbondante e rappresenta un elemento chiave nella formazione di stelle, pianeti 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 perché si trova dietro a un ammasso di galassie massiccio chiamato Abell 2744. Grazie a un fenomeno noto come lente gravitazionale, l’ammasso agisce come un gigantesco ‘telescopio’ cosmico e ingrandisce la galassia più distante, A2744_YD4, di 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.

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 – fosse 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. «Questo tasso non è insolito per una galassia così distante, ma ci mostra come la polvere di A2744_YD4 si sia formata velocemente», ha spiegato 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».

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Questo video mostra una rappresentazione artisticadi come potrebbe apparire la galassia giovane e distante A2744_YD4 e di come le esplosioni di supernova, la morte di stelle molto massicce e molto brillanti, l’abbiano inquinata con la polvere.


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», ha aggiunto Ellis.

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Questa sequenza video inizia con un volo attraverso la debole costellazione dello Scultore. Vediamo un ricco gruppo di galassie distanti, l’ammasso Abell 2744, noto come Ammasso di Pandora. Ma continuando anche oltre verso l’Universo primordiale concludiamo il viaggio osservando la galassia polverosa A2744_YD4. la galassia più distante vista con ALMA.

E Laporte ha concluso dicendo che «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».


Leggi l’articolo scientifico “Dust in the reionization era: Alma observations of a z =8.38 gravitationally-lensed galaxy“.

Fonte

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