Comunicato Stampa

La visione finora più dettagliata della formazione stellare nell'Universo distante

Le osservazioni effettuate da ALMA rivelano un anello di Einstein con un dettaglio straordinario

08 Giugno 2015

La campagna "ALMA Long Baseline" ha prodotto un'immagine spettacolarmente dettagliata di una galassia distante che viene ingrandita da una lente gravitazionale. L'immagine mostra l'ingrandimento delle regioni di formazione stellare della galassia, con un dettaglio mai visto prima in una galassia cosi' lontana. Le nuove osservazioni sono ben più risolte di quelle effettuate con il telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA e rivelano nodi di formazione stellare in quella che potrebbe essere una versione gigante della Nebulosa di Orione.

La campagna "ALMA Long Baseline" (campagna delle linee base lunghe di ALMA) ha prodotto alcune osservazioni meravigliose e raccolto informazioni con un dettaglio senza precedenti sulla popolazione dell'Universo vicino e lontano. Le osservazioni sono state effettuate alla fine del 2014 all'interno della campagna mirata alla galassia distante HATLAS J090311.6+003906, nota anche con il nome di SDP.81. La luce di questa galassia risente dell'effetto cosmico che va sotto il nome di lente gravitazionale. Una grande galassia che si trova tra SDP.81 e ALMA [1] funge da lente, distorcendo la luce della galassia più distante e creando un esempio quasi perfetto di un fenomeno chiamato "anello di Einstein" [2].

Almeno sette diversi gruppi di scienziati [3] hanno analizzato in modo indipendente i dati di SDP.81 presi da ALMA. Questa raffica di articoli scientifici ha disseminato informazioni senza precedenti sulla galassia, rivelandone dettagli sulla struttura, il contenuto, il moto e altre caratteristiche fisiche.

ALMA funziona come un interferometro. In poche parole, le antenne della schiera funzionano in sincronia perfetta per raccogliere la luce come un enorme telescopio virtuale [4]. Di conseguenza, le nuove immagini di SDP.81 hanno una risoluzione di circa 6 volte maggiore [5] di quelle ottenute nell'infrarosso con il telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA.

I modelli sofisticati degli astronomi svelano la struttura fine, mai vista prima, all'interno di SDP.81, sotto forma di nubi di polvere che si pensa contengano il gas molecolare freddo - da cui nasceranno stelle e pianeti. Questi modelli sono in grado di correggere le distorsioni prodotte dalla lente gravitazionale.

Il risultato e' che le osservazioni di ALMA sono cosi' nitide che i ricercatori possono vedere i nodi di formazione stellare nella galassia fino a una dimensione di 200 anni luce, come osservare una versione gigante della Nebulosa di Orione che produce migliaia di volte stelle nuove dall'altra parte dell'Universo. Per la prima volta questo fenomeno e' stato osservato a distanze cosi' grandi.

"L'immagine della galassia ricostruita dai dati di ALMA e' spettacolare", commenta Rob Ivison, coautore di due degli articoli e Direttore Scientifico dell'ESO. "L'enorme area di raccolta di ALMA, la grande separazione delle antenne e l'atmosfera stabile sopra il deserto di Atacama contribuiscono a ottenere dettagli finissimi nell'immagine e negli spettri. Cio' significa che abbiamo ottenuto osservazioni molto sensibili e informazioni su come si muovono le diverse parti della galassia. Possiamo studiare galassie dall'altra parte dell'Universo che si scontrano e creano enormi quantita' di stelle. Questo e' proprio quello che ci vuole per farmi saltar giu' dal letto al mattino!".

Usando le informazioni spettrali raccolte da ALMA, gli astronomi hanno anche misurato come ruota la galassia lontana e ne hanno stimato la massa. I dati hanno mostrato che il gas in questa galassia e' instabile: grumi di gas stanno collassando verso l'interno e diventeranno preso nuove regioni giganti di formazione stellare.

E' interessante notare che l'effetto di lente indica anche la presenza di un buco nero supermassiccio al centro della galassia che funge da lente [6]. La parte centrale di SDP.81 e' troppo debole per essere rivelata, e cio' indica che la galassia in primo piano contiene un buco nero supermassiccio di massa pari a più di 200-300 milioni di volte la massa del Sole.

Il numero di articoli pubblicati in base a questa singola osservazione di ALMA mostra quanto entusiasmo sia stato generato dal potenziale di risoluzione e area di raccolta della luce di questo strumento. Mostra anche come ALMA permettera' agli astronomi di realizzare nuove scoperte nei prossimi anni, e porre nuove domande sulla natura della galassie lontane.

Note

[1] La galassia ingrandita ci appare in un'epoca in cui l'Universo aveva solo il 15% dell'eta' attuale, solo 2,4 miliardi di anni dopo il Big Bang. La luce ha impiegato più del doppio dell'eta' della Terra per raggiungerci (11,4  miliardi di anni), girando anche intorno a una galassia massiccia sulla linea di vista, relativamente vicina a noi a soli quattro miliardi di anni luce.

[2]  Le lenti gravitazionali sono state previste da Albert Einstein all'interno della sua teoria della relativita' generale. La teoria prevede che gli oggetti curvino lo spazio e il tempo. La luce che si avvicina alla zona di spazio-tempo curvato seguira' essa stessa la curvatura prodotta dall'oggetto. Cio' fa si' che gli oggetti particolarmente massicci - come enormi galassie e ammassi di galassie - si comportino come lenti di ingrandimento cosmiche. Un anello di Einstein e' un tipo speciale di lente gravitazionale, in cui la Terra, la galassia di primo piano e la galassia di fondo sono perfettamente allineate, creando una distorsione armoniosa sotto forma di anello di luce. Questo fenomeno e' illustrato nel video A.

[3] I gruppi scientifici sono elencati in fondo.

[4] L'abilita' di ALMA di vedere i dettagli più minuti viene realizzata quando le antenne sono alla distanza maggiore possibile, fino a 15 chilometri di distanza. Per confronto, sono visibili qui le prime osservazioni di lenti gravitazionali osservate da ALMA nella configurazione piu' compatta, con una separazione di soli 500 metri circa.

[5] Da questi dati si possono misurare dettagli fino a 0,023 arcsec, o 23 milliarcosecondi. Hubble ha osservato questa regione in infrarosso vicino, con una risoluzione di circa 0,16 arcsec. Osservando a lunghezze d'onda più corte, Hubble puo' raggiungere una risoluzione migliore, fino a 0,022 arcsec nel vicino Ultravioletto. La risoluzione di ALMA puo' essere modificata a seconda del tipo di osservazione spostando le antenne piu' lontane o piu' vicine. Per queste osservazioni e' stata usata la massima distanza raggiungibile, ottenendo percio' la maggior risoluzione possibile.

[6] L'immagine di ALMA ad alta risoluzione permette ai ricercatori di cercare la zona centrale della galassia di fondoo, che dovrebbe apparire al centro dell'anello di Einstein. Se la galassia davanti ha un buco nero supermassiccio al centro, l'immagine centrale diventa più debole. La debolezza dell'immagine centrale indica quanto massiccio e' il buco nero della galassia-lente.

Ulteriori Informazioni

Questo lavoro e' stato presentato in otto articoli diversi che verranno pubblicati nei prossimi giorni. Sono elencati qui sotto i gruppi scientifici implicati.

http://arxiv.org/abs/1503.07605
Yoichi Tamura (The University of Tokyo), Masamune Oguri (The University of Tokyo), Daisuke Iono (National Astronomical Observatory of Japan/SOKENDAI), Bunyo Hatsukade (National Astronomical Observatory of Japan), Yuichi Matsuda (National Astronomical Observatory of Japan/SOKENDAI), e Masao Hayashi (National Astronomical Observatory of Japan).

http://arxiv.org/abs/1503.08720
Simon Dye (University of Nottingham), Christina Furlanetto (University of Nottingham; CAPES Foundation, Ministry of Education of Brazil, Brasile), Mark Swinbank (Durham University), Catherine Vlahakis (Joint ALMA Observatory, Chile; ESO, Cile), James Nightingale (University of Nottingham), Loretta Dunne (University of Canterbury, Nuova Zelanda; Institute for Astronomy [IfA], Royal Observatory Edinburgh), Steve Eales (Cardiff University), Ian Smail (Durham), Ivan Oteo-Gomez (IfA, Edinburgh; ESO, Germania), Todd Hunter (National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville, Virginia, USA), Mattia Negrello (INAF, Osservatorio Astronomico di Padova, Vicolo Osservatorio, Padova, Italia), Helmut Dannerbauer (Universitat Wien, Vienna, Austria), Rob Ivison (IfA, Edinburgh; ESO, Germania), Raphael Gavazzi (Universite Pierre et Marie Curie, Parigi), Asantha Cooray (California Institute of Technology, USA) e Paul van der Werf (Leiden University, Paesi Bassi).

http://arxiv.org/abs/1505.05148
Mark Swinbank (Durham University), Simon Dye (University of Nottingham), James Nightingale (University of Nottingham), Christina Furlanetto (University of Nottingham; CAPES Foundation, Ministry of Education of Brazil, Brasile), Ian Smail (Durham), Asantha Cooray (California Institute of Technology, USA), Helmut Dannerbauer (Universitat Wien, Vienna, Austria), Loretta Dunne (University of Canterbury, Nuova Zelanda; Institute for Astronomy [IfA], Royal Observatory Edinburgh), Steve Eales (Cardiff University), Raphael Gavazzi (Universite Pierre et Marie Curie, Parigi), Todd Hunter (National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville, Virginia, USA), Rob Ivison (IfA, Edinburgh; ESO, Germania), Mattia Negrello (INAF, Osservatorio Astronomico di Padova, Vicolo Osservatorio, Padova, Italia), Ivan Oteo-Gomez (IfA, Edinburgh; ESO, Germania), Renske Smit (Durham), Paul van der Werf (Leiden University, Paesi Bassi), e Catherine Vlahakis (Joint ALMA Observatory, Chile; ESO, Cile),

http://arxiv.org/abs/1503.05558
Kenneth C. Wong (Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica (ASIAA), Taipei, Taiwan), Sherry H. Suyu (ASIAA, Taiwan), e Satoki Matsushita (ASIAA, Taiwan)

http://arxiv.org/abs/1503.07997
Bunyo Hatsukade (National Astronomical Observatory of Japan, Tokyo, Giappone) Yoichi Tamura (Institute of Astronomy, University of Tokyo, Tokyo, Giappone), Daisuke Iono (National Astronomical Observatory of Japan; The Graduate University for Advanced Studies [SOKENDAI], Tokyo, Giappopne), Yuichi Matsuda (National Astronomical Observatory of Japan), Masao Hayashi (National Astronomical Observatory of Japan), Masamune Oguri (Research Center for the Early Universe, University of Tokyo, Tokyo, Giappone; Department of Physics, University of Tokyo, Tokyo, Giappone; Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe [Kavli IPMU, WPI], University of Tokyo, Chiba, Giappone)

http://arxiv.org/abs/1503.02652
The ALMA Partnership, C. Vlahakis (Joint ALMA Observatory [JAO]; ESO) , T. R. Hunter (National Radio Astronomy Observatory [NRAO]), J. A. Hodge (NRAO) , L. M. Pérez (NRAO) , P. Andreani (ESO), C. L. Brogan (NRAO) , P. Cox (JAO, ESO) , S. Martin (Institut de Radioastronomie Millimétrique [IRAM]) , M. Zwaan (ESO) , S. Matsushita (Institute of Astronomy and Astrophysic, Taiwan) , W. R. F. Dent (JAO, ESO), C. M. V. Impellizzeri (JAO, NRAO), E. B. Fomalont (JAO, NRAO), Y. Asaki (National Astronomical Observatory of Japan; Institute of Space and Astronautical Science (ISAS), Japan Aerospace Exploration Agency [JAXA]) , D. Barkats (JAO, ESO) , R. E. Hills (Astrophysics Group, Cavendish Laboratory), A. Hirota (JAO; National Astronomical Observatory of Japan), R. Kneissl (JAO, ESO), E. Liuzzo (INAF, Istituto di Radioastronomia), R. Lucas (Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble) , N. Marcelino (INAF), K. Nakanishi (JAO, National Astronomical Observatory of Japan), N. Phillips (JAO, ESO), A. M. S. Richards (University of Manchester), I. Toledo (JAO), R. Aladro (ESO), D. Broguiere (IRAM), J. R. Cortes (JAO, NRAO), P. C. Cortes (JAO, NRAO), D. Espada (ESO, National Astronomical Observatory of Japan), F. Galarza (JAO), D. Garcia-Appadoo (JAO, ESO), L. Guzman-Ramirez (ESO), A. S. Hales (JAO, NRAO) , E. M. Humphreys (ESO) , T. Jung (Korea Astronomy and Space Science Institute) , S. Kameno (JAO, National Astronomical Observatory of Japan) , R. A. Laing (ESO), S. Leon (JAO,ESO) , G. Marconi (JAO, ESO) , A. Mignano (INAF) , B. Nikolic (Astrophysics Group, Cavendish Laboratory), L. A. Nyman (JAO, ESO), M. Radiszcz (JAO), A. Remijan (JAO, NRAO), J. A. Rodón (ESO), T. Sawada (JAO, National Astronomical Observatory of Japan), S. Takahashi (JAO, National Astronomical Observatory of Japan), R. P. J. Tilanus (Leiden University), B. Vila Vilaro (JAO, ESO), L. C. Watson (ESO), T. Wiklind (JAO, ESO), Y. Ao (National Astronomical Observatory of Japan) , J. Di Francesco (National Research Council Herzberg Astronomy & Astrophysics), B. Hatsukade (National Astronomical Observatory of Japan), E. Hatziminaoglou (ESO), J. Mangum (NRAO), Y. Matsuda (National Astronomical Observatory of Japan), E. Van Kampen (ESO), A. Wootten (NRAO), I. De Gregorio-Monsalvo (JAO, ESO), G. Dumas (IRAM), H. Francke (JAO), J. Gallardo (JAO), J. Garcia (JAO), S. Gonzalez (JAO), T. Hill (ESO), D. Iono (National Astronomical Observatory of Japan), T. Kaminski (ESO), A. Karim (Argelander-Institute for Astronomy), M. Krips (IRAM), Y. Kurono (JAO, National Astronomical Observatory of Japan) , C. Lonsdale (NRAO), C. Lopez (JAO), F. Morales (JAO), K. Plarre (JAO), L. Videla (JAO), E. Villard (JAO, ESO), J. E. Hibbard (NRAO), K. Tatematsu (National Astronomical Observatory of Japan)

http://arxiv.org/abs/1503.02025
M. Rybak (Max Planck Institute for Astrophysics), J. P. McKean (Netherlands Institute for Radio Astronomy; University of Groningen) S. Vegetti (Max Planck Institute for Astrophysics), P. Andreani (ESO) and S. D. M. White (Max Planck Institute for Astrophysics)

http://arxiv.org/abs/1506.01425
M. Rybak (Max Planck Institute for Astrophysics), S. Vegetti (Max Planck Institute for Astrophysics), J. P. McKean (Netherlands Institute for Radio Astronomy; University of Groningen), P. Andreani (ESO) and S. D. M. White (Max Planck Institute for Astrophysics)

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.

Links

• http://arxiv.org/abs/1503.07605
• http://arxiv.org/abs/1503.08720
• http://arxiv.org/abs/1505.05148
• http://arxiv.org/abs/1503.05558
• http://arxiv.org/abs/1503.07997
• http://arxiv.org/abs/1503.02652
• http://arxiv.org/abs/1503.02025

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Questa è una traduzione del Comunicato Stampa dell'ESO eso1522.