Un’equipe internazionale di astronomi, guidati da Nicolas Laporte dell’University College di Londra, ha usato il telescopio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) per osservare A2744_YD4, la galassia più giovane e più distante mai osservata da ALMA. Soprendentemente hanno trovato che questa giovane galassia contiene molta polvere interstellare – polvere 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 quindi così 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.
Nicolas Laporte ci rivela che «Non solo A2744_YD4 è la galassia più distante mai osservata da ALMA, 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 si formano 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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Mentre 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 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 quindi la più antica nel tempo, rivelazione di ossigeno nell’Universo, e batte un precedente risultato di ALMA risalente al 2016.
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 che ora può essere dedotta in modo indiretto grazie allo 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 – era di 2 miliardi di volte la massa del Sole. Il tasso di formazione stellare è indicato come di 20 masse solari per anno contro la singola massa solare all’anno della Via Lattea.
«Un tasso non insolito per una galassia così distante, ma indica come la polvere di A2744_YD4 si sia formata velocemente,» spiega 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 in pratica osservando questa galassia poco dopo la sua formazione».
In altre parole, un episodio di formazione stellare significatio è iniziato 200 milioni di anni prima dell’era in cui osserviamo adesso quella galassia. Una grande opportunità che ALMA ci offre per 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 in pratica 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», commenta Ellis.
E Laporte conclude: «Ulteriori misure di questo tipo ci daranno una prospettiva esaltante di poter tracciare le prime e più antiche formazioni stellari e la creazione di elementi chimici più pesanti anche più antiche, nell’Universo primordiale».
