Comunicato Stampa

ALMA riscrive la storia del "Baby Boom" delle stelle nell'Universo

Un raccolto da record di galassie lontane include la maggior parte dei ritrovamenti di acqua pubblicati finora

13 Marzo 2013

Alcune osservazioni effettuate con ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) mostrano che il picco della nascita di stelle nel cosmo avvenne molto prima di quanto si pensasse. I risultati sono pubblicati in una serie di articoli sulle riviste Nature e Astrophysical Journal il 14 marzo 2013. Questa ricerca rappresenta l'esempio più recente delle scoperte provenienti dall'osservatorio internazionale ALMA, che oggi viene inaugurato.

Si pensa che il picco più alto della produzione di stelle si sia verificato nell'Universo primordiale in galassie brillanti e massicce. Queste galassie, chiamate "starburst", convertono vaste riserve di gas e polvere cosmici in nuove stelle a un ritmo furibondo - molte centinaia di volte più in fretta che in una galassia a spirale solenne come la nostra, la Via Lattea. Osservando lontano nello spazio, fino a galassie così lontane che la loro luce ha impiegato molti miliardi di anni per giungere fino a noi, gli astronomi possono osservare questo periodo così movimentato della gioventù dell'Universo.

"Più è lontana la galassia e più indietro nel tempo si guarda, così misurando la distanza delle galassie possiamo costruire una cronologia di quanto vigorsamente l'Universo stava creando stelle nelle diverse tappe della sua storia da 13,7 miliardi di anni", ha detto Joaquin Vieira (California Institute of Technology, USA), a capo dell'equipe e primo autore dell'articolo sulla rivista Nature.

L'equipe internazionale di ricercatori ha scoperto queste galassie "starburst'' lontane ed enigmatiche con il telescopio SPT (South Pole Telescope: Telescopio al Polo Sud) da 10 metri della NSF (National Science Foundation) degli USA e poi ha usato ALMA per focalizzarsi ad esplorare il "baby boom'' delle stelle nell'Universo giovane. Sono stati sorpresi di scoprire che molte di queste galassie distanti, piene di polvere e che formano stelle erano ancora più lontano del previsto. Ciò significa che, in media, il picco della formazione stellare avvenne 12 miliardi di anni fa, quando l'Universo aveva poco meno di 2 miliardi di anni - almeno un miliardo di anni prima di quanto si pensasse.

Due di queste galassie sono le più lontane mai viste del loro genere - così distanti che la loro luce iniziò il suo cammino quando l'Universo aveva solo un miliardo d'anni. E inoltre, in una di queste galassie da record, l'acqua si trova tra le molecole rilevate, rendendola l'osservazione di acqua più lontana nel cosmo mai pubblicata.

L'equipe ha sfruttato la sensibilità senza pari di ALMA per catturare la luce di queste 26 galassie a lunghezze d'onda intorno ai tre millimetri. La luce di una lunghezza d'onda specifica può essere prodotta dalle molecole di gas nelle galassie e la lunghezza d'onda viene poi stirata dall'espansione dell'Universo nei miliardi di anni impiegati per raggiungerci. Misurando le lunghezze d'onda "stirate", gli astronomi calcolano quanto è durato il viaggio e collocano ogni galassia al punto giusto nella storia cosmica.

"La sensibilità di ALMA e il grande intervallo di lunghezze d'onda implicano che possiamo ottenere le nostre misure in pochi minuti per galassia - circa cento volte più in fretta di prima", ha detto Axel Weiss (Max-Planck-Institut für Radioastronomie a Bonn, Germania), a capo della misura delle distanze delle galassie. "Precedentemente, una misura come questa avrebbe richiesto un processo laborioso per combinare i dati provenienti da telescopi nella banda del visibile e da radiotelescopi".

Nella maggioranza dei casi, le osservazioni di ALMA possono individuare da sole la distanza, ma per alcune galassie l'equipe ha combinato i dati di ALMA con misure prese da altri telescopi, tra cui APEX (Atacama Pathfinder Experiment) e il VLT (Very Large Telescope) dell'ESO [1].

Gli astronomi stavano usando solo 16 delle 66 antenne giganti che formano la schiera completa di ALMA, poichè l'osservatorio, a un'altitudine di 5000 metri sulla Piana di Chajnantor nelle Ande cilene, era ancora in costruzione. Una volta completato, ALMA sarà ancora più sensibile e potrà vedere galassie ancora più deboli. Per ora, gli astronomi hanno puntato a quelle più brillanti. Hanno anche sfruttato un aiuto dalla natura: usando l'effetto di lente gravitazionale, previsto dalla teoria della relatività generale di Einstein, per cui la luce di una galassia remota viene distorta dall'influsso gravitazionale di una galassia in primo piano che si comporta come una lente e rende piu brillante la fonte luminosa lontana.

Per capire esattamente di quanto le lenti gravitazionali abbiano reso più brillanti le galassie, l'equipe ha ottenuto immagini molto nitide usando le osservazioni di ALMA a lunghezze d'onda dell'ordine di 0,9 mm.

"Queste meravigliose immagini di ALMA mostrano le galassie di sfondo deformate in numerosi archi di luce, noti come anelli di Einstein, che circondano la galassia in primo piano", ha detto Yashar Hezaveh (McGill University, Montreal, Canada) che ha condotto lo studio delle lenti gravitazionali. "Stiamo usando l'enorme quantità di materia oscura che circonda le galassie nel mezzo dell'Universo come telescopi cosmici che rendono più grandi e brillanti le galassie ancora più lontane".

L'analisi della distorsione svela che alcune delle galassie più distanti che formano stelle sono 40 bilioni (40 milioni di milioni) di volte più brillanti del Sole e che le lenti gravitazionali le hanno ampliate fino a 22 volte.

"Finora erano state trovate a queste lunghezze d'onda submillimetriche solo poche galassie ingrandite dalle lenti gravitazionali, ma ora SPT e ALMA ne hanno scoperte a dozzine", ha detto Carlos De Breuck (ESO), un membro dell'equipe. "Questo tipo di scienza utilizzava soprattutto le lunghezze d'onda visibili, con il telescopio spaziale Hubble, ma i nostri risultati mostrano che ALMA è un giocatore molto potente appena sceso in campo".

"Questo è un grande esempio di astronomi da tutto il mondo che collaborano per produrre scoperte sorprendenti con un impianto all'avanguardia", ha detto un altro membro dell'equipe, Daniel Marrone (University of Arizona, USA). "Questo è solo l'inizio per ALMA e per lo studio di queste galassie "starburst''. Il prossimo passo è di studiare questi oggetti in modo più approfondito e scoprire come e perchè stanno formando stelle a questi tassi prodigiosi".

Note

[1] Le osservazioni aggiuntive sono state effettuate con APEX, il VLT, ATCA (Australia Telescope Compact Array) e SMA (Submillimeter Array).

Ulteriori Informazioni

Questo studio è descritto nell'articolo “Dusty starburst galaxies in the early Universe as revealed by gravitational lensing”, di J. Vieira et al., per la rivista Nature. La misura della distanza delle galassie è descritta nell'articolo “ALMA redshifts of millimeter-selected galaxies from the SPT survey: The redshift distribution of dusty star-forming galaxies”, di A. Weiss et al., per la rivista Astrophysical Journal. Lo studio delle lenti gravitazionali è descritto nell'articolo “ALMA observations of strongly lensed dusty star-forming galaxies”, di Y. Hezaveh et al., per la rivista Astrophysical Journal.

ALMA, l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, un osservatorio astronomico internazionale, è una collaborazione fra l'Europa, il Nord America e l'Asia Orientale, in cooperazione con la Repubblica del Cile. In Europa, ALMA è finanziata dall'ESO, in Nord America dalla U.S. National Science Foundation (NSF), in cooperazione con il National Research Council del Canada (NRC) e il National Science Council di Taiwan (NSC) e in Asia Orientale dagli Istituti Nazionali di Scienze Naturali del Giappone (NINS), in cooperazione con l'Accademia Sinica di Taiwan (AS). La costruzione e la gestione di ALMA sono condotte dall'ESO per conto dell'Europa, 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'Aisa 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 15 paesi: Austria, Belgio, Brasile, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Gran Bretagna, Italia, Olanda, Portogallo, Repubblica Ceca, Spagna, Svezia, e Svizzera. 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 europeo di un telescopio astronomico di concetto rivoluzionario, ALMA, il più grande progetto astronomico esistente. L'ESO al momento sta progettando l'European Extremely Large Telescope o E-ELT (significa Telescopio Europeo Estremamente Grande), un telescopio da 39 metri che opera nell'ottico e infrarosso vicino e che diventerà "il più grande occhio del mondo rivolto al cielo".

Links

• Articolo scientifico di J. Vieira et al.
• Articolo scientifico di A. Weiss et al. sulla misura delle distanze delle galassie
• Articolo scientifico di Y. Hezaveh et al. sulle lenti gravitazionali
• Ulteriori informazioni sul ALMA all'ESO
• Il JAO (Joint ALMA Observatory)

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Questa è una traduzione del Comunicato Stampa dell'ESO eso1313.