Comunicato Stampa

ALMA esplora il campo ultra-profondo di Hubble

La survey dell'Universo primordiale più profonda di sempre nella banda millimetrica

22 Settembre 2016

Alcuni gruppi internazionali di astronomi hanno sfruttato ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) per esplorare gli angoli più remoti dell'Universo scoperti per la prima volta nell'immagine ormai famosa del campo ultra-profondo di Hubble (HUDF, da Hubble Ultra Deep Field in inglese). Le nuove osservazioni con ALMA sono molto più profonde e più nitide delle survey precedenti a lunghezze d'onda millimetriche e mostrano chiaramente come il tasso di formazione stellare nelle galassie giovani sia strettamente legato alla loro massa totale sotto forma di stelle. È stato anche possibile tracciare l'abbondanza del gas che serve per la formazione stellare in diversi intervalli temporali, fornendo nuove informazioni sull'"Età dell'oro" della formazione delle galassie, circa 10 miliardi di anni fa.

I nuovi risultati ottenuti con ALMA verranno pubblicati in una serie di articoli sulle riviste Astrophysical Journal e Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. I risultati vengono anche presentati, tra gli altri, durante la conferenza Half a Decade of ALMA che si tiene questa settimana a Palm Springs, California, USA.

Nel 2004 sono state pubblicate le immagini del campo ultra-profondo di Hubble - risultato pionieristico ottenuto con il telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA. Queste immagini spettacolari indagavano nel profondo del cielo più di quanto fosse mai stato fatto prima e hanno rivelato una ricca fauna di galassie che risale fino a circa un miliardo di anni dopo il Big Bang. L'area e' stata osservata diverse volte da Hubble e da molti altri telescopi, producendo una delle vedute piu' profonde dell'Universo mai ottenute.

Alcuni astronomi hanno ora osservato con ALMA questa finestra sull'Universo distante, apparentemente insignificante ma diffusamente studiata, per la prima volta in modo sia profondo che preciso nella banda millimetrica [1]. Possiamo così vedere il debole bagliore delle nubi di gas e l'emissione della polvere calda in galassie dell'Universo primordiale.

Un'equipe di studiosi, coordinata da Jim Dunlop (University of Edinburgh, Regno Unito) ha usato ALMA per ottenere la prima immagine omogenea e profonda con ALMA di una regione così grande come è l'HUDF. I dati hanno permesso di abbinare con sicurezza le galassie rivelate con oggetti già visti da Hubble e da altri strumenti.

Lo studio ha indicato chiaramente che la massa stellare di una galassia è il migliore indicatore del tasso di formazione stellare nell'Universo ad alto redshift: tutte le galassie rivelate avevano sostanzialmente una massa elevata [2].

Jim Dunlop, primo autore dell'articolo sulle immagini profonde, ne indica l'importanza: "È un risultato rivoluzionario. Per la prima volta stiamo collegando adeguatamente le immagini in luce visibile e in luce ultravioletta dell'Universo distante ottenute da Hubble con la nostra veduta nel lontano infrarosso e nella banda millimetrica ottenuta da ALMA."

La seconda equipe, coordinata da Manuel Aravena del Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portales, Santiago, Cile, e da Fabian Walter del Max Planck Institute for Astronomy in Heidelberg, Germania, ha osservato ancora più in profondità su una regione di circa un sesto del totale campo HUDF [3].

"Abbiamo svolto la prima ricerca tridimensionale completamente casuale del gas freddo nell'Universo primordiale", commenta Chris Carilli, astronomo al National Radio Astronomy Observatory (NRAO) in Socorro, New Mexico, USA e membro del gruppo di ricerca. "Grazie a questa ricerca abbiamo scoperto una popolazione di galassie che non è evidente in nessun'altra survey profonda del cielo." [4].

Alcune delle nuove osservazioni con ALMA sono state studiate appositamente per rivelare galassie ricche di monossido di carbonio, che indica le regioni pronte per la formazione stellare. Anche se queste riserve di gas molecolare danno origine all'attività di formazione stellare nelle galassie, sono spesso difficili da vedere con Hubble. ALMA perciò può rivelare la "metà mancante" del processo di formazione ed evoluzione delle galassie.

"I nuovi risultati di ALMA confermano che il contenuto di gas cresce rapidamente a mano a mano che guardiamo più lontano nel tempo," aggiunge il primo autore di due degli articoli, Manuel Aravena (Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portales, Santiago, Cile). "Questo contenuto di gas sempre in crescita è probabilmente la causa primaria dell'aumento straordinario del tasso di formazione stellare durante l'epoca del picco di formazione delle galassie, circa 10 miliardi di anni fa."

I risultati presentati oggi sono solo l'inizio di una serie di osservazioni future che indagheranno l'Universo distante usando ALMA. Per esempio, una campagna di 150 ore di osservazione dell'HUDF farà nuova luce sulla possibile storia di formazione stellare nell'Universo.

"Dando nuova linfa alla nostra comprensione di questo materiale mancante per la formazione stellare, la prossima campagna intensiva con ALMA completerà la nostra veduta delle galassie nel famoso Hubble Ultra Deep Field", conclude Fabian Walter.

Note

[1] Gli astronomi hanno selezionato proprio l'area dell'HUDF per i loro studi - una regione di spazio nella debole costellazione australe della Fornace -  in modo che i telescopi da terra dell'emisfero meridionale, come ALMA, potessero esplorarla facilmente per espandere la nostra conoscenza sull'Universo distante.

Indagare l'Universo profondo e invisibile nella banda ottica era proprio uno degli obiettivi scientifici primari di ALMA.

[2] In questo contesto "alta massa" significa galassie con massa stellare maggiori di 20 miliardi di volte quella del sole (2 × 10¹⁰ masse solari). Per confronto, la Via Lattea, con una massa di circa 100 miliardi di masse solari, è una galassia molto grande.

[3] La regione di cielo è circa settecento volte più piccola dell'area del disco della Luna piena visto dalla Terra. Uno degli aspetti più strabilianti dell'HUDF era proprio l'enorme numero di galassie trovate in questa minuscola porzione di cielo.

[4] La capacità di ALMA di vedere una porzione completamente diversa dello spettro elettromagnetico rispetto ad Hubble permette agli astronomi di studiare classi diverse di oggetti astronomici, come le nubi massicce di formazione stellare, e altri oggetti che sono troppo deboli per essere osservati in luce visibile ma sufficientemente brillanti a lunghezze d'onda millimetriche.

Questa ricerca è detta "casuale" perchè non era indirizzata a nessun oggetto specifico.

Le nuove osservazioni con ALMA dell'HUDF includono due tipi diversi, ma complementari, di dati: osservazioni nel continuo, che rivelano emissione della polvere e formazione stellare e una survey di emissione spettrale in riga, che guarda al gas molecolare freddo che alimenta la formazione stellare. La seconda survey è particolarmente importante perchè include informazioni sul grado in cui la luce degli oggetti distanti è stata spostata verso il rosso (redshift) dall'espansione dell'Universo. Un redshift maggiore indica che l'oggetto è più lontano e visto più indietro nel tempo. Ciò permette agli astronomi di creare una mappa tridimensionale del gas che contribuisce alla formazione stellare e seguirlo nella sua evoluzione con il tempo cosmico.

Studi precedenti per mappare la distribuzione del gas freddo nell'Universo primordiale erano stati effettuati con l'Osservatorio del Plateau de Bure nelle Alpi francesi e con il VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) negli USA.

Ulteriori Informazioni

Questo lavoro è stato presentato in vari articoli:

“A deep ALMA image of the Hubble Ultra Deep Field”, di J. Dunlop et al., che verrà pubblicato dalla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

“The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Search for the [CII] Line and Dust Emission in 6 < z < 8 Galaxies”, di M. Aravena et al., che verrà pubblicato dalla rivista Astrophysical Journal.

“The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Molecular Gas Reservoirs in High-Redshift Galaxies”, di R. Decarli et al., che verrà pubblicato dalla rivista Astrophysical Journal.

“The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: CO Luminosity Functions and the Evolution of the Cosmic Density of Molecular Gas”, di R. Decarli et al., che verrà pubblicato dalla rivista Astrophysical Journal.

“The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Continuum Number Counts, Resolved 1.2-mm Extragalactic Background, and Properties of the Faintest Dusty Star Forming Galaxies”, di M. Aravena et al., che verrà pubblicato dalla rivista Astrophysical Journal.

“The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Survey Description”, di F. Walter et al., che verrà pubblicato dalla rivista Astrophysical Journal.

“The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: the Infrared excess of UV-selected z= 2-10 Galaxies as a Function of UV-continuum Slope and Stellar Mass”, di R. Bouwens et al., che verrà pubblicato dalla rivista Astrophysical Journal.

“The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Implication for spectral line intensity mapping at millimeter wavelengths and CMB spectral distortions”, di C. L. Carilli et al. che verrà pubblicato dalla rivista Astrophysical Journal.

Le due equipe sono composte da:

M. Aravena (Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portales, Santiago, Cile), R. Decarli (Max-Planck Institut für Astronomie, Heidelberg, Germania), F. Walter (Max-Planck Institut für Astronomie, Heidelberg, Germania; Astronomy Department, California Institute of Technology, USA; NRAO), Pete V. Domenici (Array Science Center, USA), R. Bouwens (Leiden Observatory, Leiden, Paesi Bassi; UCO/Lick Observatory, Santa Cruz, USA), P.A. Oesch (Astronomy Department, Yale University, New Haven, USA), C.L. Carilli (Leiden Observatory, Leiden, Paesi Bassi; Astrophysics Group, Cavendish Laboratory, Cambridge, Regno Unito), F.E. Bauer (Instituto de Astrofísica, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Cile; Millennium Institute of Astrophysics, Cile; Space Science Institute, Boulder, USA), E. Da Cunha (Research School of Astronomy and Astrophysics, Australian National University, Canberra, Australia; Centre for Astrophysics and Supercomputing, Swinburne University of Technology, Hawthorn, Australia), E. Daddi (Laboratoire AIM, CEA/DSM-CNRS-Université Paris Diderot, Orme des Merisiers, Francia), J. Gónzalez-López (Instituto de Astrofísica, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Cile), R.J. Ivison (European Southern Observatory, Garching bei München, Germania; Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, Regno Unito), D.A. Riechers (Cornell University, 220 Space Sciences Building, Ithaca, USA), I. Smail (Institute for Computational Cosmology, Durham University, Durham, UK), A.M. Swinbank (Institute for Computational Cosmology, Durham University, Durham, UK), A. Weiss (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Germania), T. Anguita (Departamento de Ciencias Físicas, Universidad Andrés Bello, Santiago, Cile; Millennium Institute of Astrophysics, Cile), R. Bacon (Université Lyon 1, Saint Genis Laval, Francia), E. Bell (Department of Astronomy, University of Michigan, USA), F. Bertoldi (Argelander Institute for Astronomy, University of Bonn, Bonn, Germania), P. Cortes (Joint ALMA Observatory - ESO, Santiago, Cile; NRAO, Pete V. Domenici Array Science Center, USA), P. Cox (Joint ALMA Observatory - ESO, Santiago, Cile), J. Hodge (Leiden Observatory, Leiden, Paesi Bassi), E. Ibar (Instituto de Física y Astronomía, Universidad de Valparaíso, Valparaiso, Cile), H. Inami (Université Lyon 1, Saint Genis Laval, Francia), L. Infante (Instituto de Astrofísica, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Cile), A. Karim (Argelander Institute for Astronomy, University of Bonn, Bonn, Germania), B. Magnelli (Argelander Institute for Astronomy, University of Bonn, Bonn, Germania), K. Ota (Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, Cambridge, Regno Unito; Cavendish Laboratory, University of Cambridge, Regno Unito), G. Popping (European Southern Observatory, Garching bei München, Germania), P. van der Werf (Leiden Observatory, Leiden, Paesi Bassi), J. Wagg (SKA Organization, Cheshire, Regno Unito), Y. Fudamoto (European Southern Observatory, Garching bei München, Germania; Universität-Sternwarte München, München, Germania), D. Elbaz (Laboratoire AIM, CEA/DSM-CNRS-Universite Paris Diderot, Francia), S. Chapman (Dalhousie University, Halifax, Nova Scotia, Canada), L.Colina (ASTRO-UAM, UAM, Unidad Asociada CSIC, Spagna), H.W. Rix (Max-Planck Institut für Astronomie, Heidelberg, Germania), Mark Sargent (Astronomy Centre, University of Sussex, Brighton, Regno Unito), Arjen van der Wel (Max-Planck Institut für Astronomie, Heidelberg, Germania)

K. Sheth (NASA Headquarters, Washington DC, USA), Roberto Neri (IRAM, Saint-Martin d’Hères, Francia), O. Le Fèvre (Aix Marseille Université, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, Marseille, Francia), M. Dickinson (Steward Observatory, University of Arizona, USA), R. Assef (Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portales, Santiago, Cile), I. Labbé (Leiden Observatory, Leiden University, Paesi Bassi), S. Wilkins (Astronomy Centre, University of Sussex, Brighton, Regno Unito), J.S. Dunlop (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Regno Unito), R.J. McLure (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Regno Unito), A.D. Biggs (ESO, Garching, Germania), J.E. Geach (University of Hertfordshire, Hatfield, Regno Unito), M.J. Michałowski (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Regno Unito), W. Rujopakarn (Chulalongkorn University, Bangkok, Tailandia), E. van Kampen (ESO, Garching, Germania), A. Kirkpatrick (University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA), A. Pope (University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA), D. Scott (University of British Columbia, Vancouver, British Columbia, Canada), T.A. Targett (Sonoma State University, Rohnert Park, California, USA), I. Aretxaga (Instituto Nacional de Astrofísica, Optica y Electronica, Messico), J.E. Austermann (NIST Quantum Devices Group, Boulder, Colorado, USA), P.N. Best (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Regno Unito), V.A. Bruce (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Regno Unito), E.L. Chapin (Herzberg Astronomy and Astrophysics, National Research Council Canada, Victoria, Canada), S. Charlot (Sorbonne Universités, UPMC-CNRS, UMR7095, Institut d’Astrophysique de Paris, Paris, Francia), M. Cirasuolo (ESO, Garching, Germania), K.E.K. Coppin (University of Hertfordshire, College Lane, Hatfield, Regno Unito), R.S. Ellis (ESO, Garching, Germania), S.L. Finkelstein (The University of Texas at Austin, Austin, Texas, USA), C.C. Hayward (California Institute of Technology, Pasadena, California, USA), D.H. Hughes (Instituto Nacional de Astrofísica, Optica y Electronica, Messico), S. Khochfar (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Regno Unito), M.P. Koprowski (University of Hertfordshire, College Lane, Hatfield, Regno Unito), D. Narayanan (Haverford College, Haverford, Pennsylvania, USA), C. Papovich (Texas A & M University, College Station, Texas, USA), J.A. Peacock (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Regno Unito), B. Robertson (University of California, Santa Cruz, Santa Cruz, California, USA), T. Vernstrom (Dunlap Institute for Astronomy and Astrophysics, University of Toronto, Toronto, Ontario, Canada), G.W. Wilson (University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA) e M. Yun (University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA).

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

• Articolo scientifico 1 (Dunlop, J. S. et al.)
• Articolo scientifico 2 (Aravena, M. et al.)
• Articolo scientifico 3 (Decarli, R. et al.)
• Articolo scientifico 4 (Decarli, R. et al.)
• Articolo scientifico 5 (Aravena, M. et al.)
• Articolo scientifico 6 (Walter, F. et al.)
• Articolo scientifico 7 (Bouwens, R. et al.)
• Articolo scientifico 8 (Carilli, C. L. et al.)
• Comunicato stampa del Max Planck Institute for Astronomy (Inglese | Tedesco)
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Contatti

James Dunlop
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Santiago, Chile
E-mail: manuel.aravenaa@mail.udp.cl

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Questa è una traduzione del Comunicato Stampa dell'ESO eso1633.