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15 Ottobre 2018
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    Alcuni astronomi hanno usato osservazioni effettuate con ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) e con il VLT (Very Large Telescope) dell’ESO per determinare che la formazione stellare in MACS1149-JD1, una galassia lontanissima, è iniziata in una fase inaspettatamente precoce, solo 250 milioni di anni dopo il Big Bang. La scoperta rappresenta anche quella dell’ossigeno più distante mai visto nell’Universo e la galassia più distante osservata con ALMA o il VLT. I risultati saranno pubblicati dalla rivista Nature il 17 maggio 2018.

    In questa immagine, ottenuta con il telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA, l'ammasso di galassie MACS J1149.5+2223. Nel riquadro, ingrandita, MACS1149-JD1, una galassia molto lontana, osservata con ALMA come appariva 13,3 miliardi di anni fa. La distribuzione dell'ossigeno rilevata da ALMA è mostrata in rosso. Crediti: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NASA/ESA Hubble Space Telescope, W. Zheng (JHU), M. Postman (STScI), the CLASH Team, Hashimoto et al.

    Un’equipe internazionale di astronomi ha usato ALMA per osservare una galassia davvero distante, MACS1149-JD1, e hanno rivelato un debole chiarore emesso dall’ossigeno ionizzato nella galassia. Mentre questa luce infrarossa viaggiava nello spazio, l’espansione dell’Universo ne allungava più di dieci volte la lunghezza d’onda, fino a quando è giunta sulla Terra. L’equipe ha dedotto che il segnale è stato emesso 13,3 miliardi di anni fa (ovvero solo 500 milioni anni dopo il Big Bang), il che ne fa l’ossigeno più distante mai osservato da un telescopio. Non è la prima volta che accade, ALMA ha stabilito parecchie volte questo record: nel 2016, un team giapponese aveva trovato il segnale dell’ossigeno emesso 13,1 miliardi di anni fa; alcuni mesi dopo da Londra, sempre con i dati di ALMA, era stato individuato l’ossigeno a 13,2 miliardi di anni fa. Ora i due gruppi hanno unito i loro sforzi e ottenuto questo nuovo record, che corrisponde a un redshift di 9,1!

    La presenza di ossigeno però è un chiaro segno che devono essere esistite nella galassia generazioni precedenti di stelle.

    «Ero entusiasta nel vedere il segnale dell’ossigeno di questa galassia lontana nei dati di ALMA», commenta Takuya Hashimoto, il primo autore del nuovo articolo, ricercatore alla Sangyo University di Osaka e all’Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone. «Questa scoperta spinge ancora più indietro le frontiere dell’Universo osservabile».

    Oltre al bagliore dell’ossigeno catturato da ALMA, un segnale più debole, dovuto all’emissione di idrogeno, è stato rivelato dal VLT (Very Large Telescope) dell’ESO. La distanza della galassia, determinata per mezzo di questa osservazione, è consistente con la distanza ottenuta dall’osservazione dell’ossigeno. Ciò rende MACS1149-JD1 la galassia più lontana con un misura precisa di distanza, oltre che la galassia più distante mai osservata con ALMA o con il VLT.

    «Vediamo questa galassia in un’epoca in cui l’Universo aveva appena 500 milioni di anni, eppure ha una popolazione di stelle già sviluppate», spiega Nicolas Laporte, ricercatore all’University College di Londra (UCL) nel Regno Unito e secondo autore dell’articolo. «Siamo in grado di usare questa galassia per avventurarci in un periodo precedente, ancora inesplorato, della storia cosmica. Dopo il Big Bang, per un lungo periodo, nell’Universo non c’era ossigeno: è stato creato dal processo di fusione in atto nelle prime stelle e quindi rilasciato per la prima volta quando quelle stelle sono morte. L’esistenza di ossigeno in MACS1149-JD1 indica che queste prime generazioni di stelle si erano già formate e avevano espulso ossigeno dopo soli 500 milioni di anni dall’inizio dell’Universo».

    Ma quando è avvenuta la formazione di queste prime stelle? Per scoprirlo, l’equipe ha ricostruito la storia più antica di MACS1149-JD1 usando i dati infrarossi ottenuti con il telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA e il telescopio spaziale Spitzer della NASA. La luminosità osservata della galassia si spiega perfettamente con un modello in cui l’inizio della formazione stellare corrisponde a soli 250 milioni di anni dopo l’inizio dell’Universo.

    La maturità delle stelle viste in MACS1149-JD1 solleva però un’altra questione, ovvero di quando le prime galassie siano emerse dall’oscurità totale, in quell’epoca che gli astronomi chiamano, romanticamente, “alba cosmica”. Stabilendo l’età di MACS1149-JD1, l’equipe ha di fatto dimostrato che a quel tempo esistevano già galassie, ben prima di quelle che possiamo osservare direttamente.

    Richard Ellis, astronomo senior a UCL e coautore dell’articolo, conclude: «Determinare l’inzio dell’alba cosmica è un Sacro Graal della cosmologia e della formazione delle galassie. Con queste nuove osservazioni di MACS1149-JD1 stiamo avvicinandoci all’osservazione diretta della nascita della luce stellare! Poichè siamo tutti fatti di materiale prodotto dalle stelle, questo significa trovare veramente le nostre origini».


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