Polvere stellare per far luce sulle prime stelle

Gli astronomi hanno utilizzato ALMA per individuare una gigantesca massa di polvere incandescente in una galassia vista com’era quando l’Universo aveva soltanto il quattro percento della sua attuale età.

La galassia è stata osservata poco tempo dopo la sua formazione ed è la galassia più lontana in cui sia stata individuata polvere. Si tratta inoltre della più distante rilevazione di ossigeno nell’Universo. Questi nuovi risultati forniscono indizi fondamentali sulla nascita e sulla morte esplosiva delle prime stelle.

Un team internazionale di astronomi, guidato da Nicolas Laporte dell’University College London, ha utilizzato l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) per osservare A2744_YD4, la galassia più giovane e più remota mai individuata da ALMA. La sorpresa è stata scoprire che questa galassia infante contiene polvere interstellare in abbondanza, formata in seguito alla morte di una generazione di stelle precedente.

Osservazioni successive realizzate utilizzando lo strumento X-shooter sul Very Large Telescope dell’ESO hanno confermato l’estrema distanza di A2744_YD4. La galassia appare com’era quando l’Universo aveva soltanto 600 milioni di anni, nel periodo in cui si formavano le prime stelle e galassie.

“Non solo A2744_YD4 è la galassia più distante mai osservata da ALMA”, afferma Nicolas Laporte, “ma la rilevazione di una tale quantità di polvere indica che supernove primordiali dovevano avere già inquinato questa galassia”.

La polvere cosmica è composta principalmente di silicio, carbonio e alluminio, in minuscoli grani di un milionesimo di centimetro. Gli elementi chimici in questi grani sono forgiati all’interno delle stelle e vengono sparsi nel cosmo alla loro morte, con spettacolari esplosioni di supernove, il destino finale delle stelle massicce. Oggi questa polvere è abbondante ed è un elemento fondamentale per la formazione di nuove stelle, pianeti e molecole complesse, ma nel giovane Universo era scarsa.

Le osservazioni della polverosa A2744_YD4 sono state possibili in quanto questa galassia si trova alle spalle di un ammasso di galassie massiccio chiamato Abell 2744. Grazie ad un fenomeno noto come lente gravitazionale, il cluster ha agito da gigantesco “telescopio cosmico” ingrandendo la remota galassia di circa 1,8 volte e permettendo al team di penetrare in profondità nell’Universo bambino.

Le osservazioni hanno rilevato emissione di ossigeno ionizzato dalla galassia: la più distante e precoce rilevazione di ossigeno nell’Universo, superiore a un precedente risultato di ALMA dello scorso anno.

Questo straordinario risultato porta con sé nuove fondamentali informazioni sul tempo in cui sono esplose le prime supernove e le prime stelle calde hanno inondato di luce l’Universo. Determinare il periodo di questa “alba” cosmica è uno dei “sacri Graal” della moderna astronomia, e può essere sondato indirettamente studiando l’antica polvere interstellare.

Il team stima che A2744_YD4 contenesse una quantità di polvere pari a 6 milioni di volte la massa del Sole, mentre la massa stellare totale della galassia risulta di circa 2 miliardi di masse solari. Il team ha scoperto inoltre che le stelle si stanno formando nella galassia ad un tasso di 20 masse solari per anno, rispetto a soltanto una massa solare all’anno nella nostra galassia.

“Questo tasso non è insolito per una galassia così remota, ma fa chiarezza su quanto rapidamente si sia formata la polvere in A2744_YD4” spiega Richard Ellis, coautore dello studio. “Incredibilmente il tempo richiesto è soltanto circa 200 milioni di anni, cosicché noi siamo testimoni di questa galassia com’era poco tempo dopo la sua formazione”.
Questo significa che un’attività importante di formazione stellare è iniziata circa 200 milioni di anni prima dell’epoca in cui la galassia è stata osservata. Si tratta di un’eccezionale opportunità per ALMA di studiare l’epoca in cui si sono “accese” le prime stelle e le galassie, l’epoca più antica mai esaminata. Il nostro Sole, il nostro pianeta e la nostra stessa esistenza sono il prodotto, 13 miliardi di anni più tardi, della prima generazione di stelle. Studiando la loro nascita, vita e morte stiamo davvero esplorando le nostre origini.
[ Barbara Bubbi ]

http://www.eso.org/public/news/eso1708/?lang

Nell’immagine una splendida visione dell’ammasso di galassie Abell 2744 ripresa dal telescopio Hubble, mentre al di là delle galassie si trova A2744_YD4, osservata quando l’Universo aveva solo 600 milioni di anni.

Credit:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NASA, ESA, ESO and D. Coe (STScI)/J. Merten (Heidelberg/Bologna)

Credit: ESO/M. Kornmesser