La galassia morta nell'Universo giovane

È lontanissima, appartiene a un tempo in cui il Big Bang era ancora un ricordo fresco, ma al suo interno non ci sono stelle giovani.

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Questa rappresentazione artistica mostra come apparirebbe la galassia MACS2129-1 (a destra) in confronto alla nostra, la Via Lattea (a sinistra). Anche se dotata di una massa tripla, MACS2129-1 è, in dimensioni, circa la metà della nostra Galassia, e le sue stelle ruotano al doppio della velocità. Le regioni di color blu della Via Lattea indicano la presenza di stelle in formazione mentre MACS2129-1 è interamente di colore giallo, a testimonianza di popolazioni stellari di età più avanzata e dell'assenza di giovani astri. | Nasa, Esa, Z. Levy (STScI)

MACS2129-1 è una galassia lontanissima, a 10 miliardi di anni luce da noi e in un tempo in cui l'Universo aveva appena 3 miliardi di anni. Ci appare priva di zone di formazione di nuove stelle, ma quelle che ospita, sorprendentemente, sono disposte in un disco in rapida rotazione, proprio come la Via Lattea. A scoprire questa galassia, dalla conformazione simile alla nostra, massiccia ma già "morta" in un'epoca nella quale invece l'Universo ha mostrato il massimo ritmo di produzione di nuovi astri, è stato un team internazionale di ricercatori, tra cui Anna Gallazzi e Stefano Zibetti dell'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) di Firenze, guidato da Sune Toft, dell'Istituto Niels Bohr (NBI) dell'Università di Copenhagen, in Danimarca.

 

Mai prima d'ora era stata osservata una galassia primordiale di grande massa che mostrasse allo stesso tempo di possedere un disco stellare ben ordinato e un tasso di formazione stellare praticamente nullo: MACS2129-1 mette in crisi le più accreditate teorie secondo le quali solo eventi catastrofici, che rimescolano le stelle e distruggono le ordinate strutture dei dischi trasformandoli in sferoidi, sono in grado di interrompere la formazione stellare in queste enormi galassie primordiali.

 

Le proprietà di MACS 2129-1 raccolte grazie alle osservazioni del Very Large Telescope (VLT) dell'Eso e del telescopio spaziale Hubble di Nasa ed Esa sono decisamente fuori dal comune: la sua massa è circa il triplo della Via Lattea, ma le sue dimensioni sono circa la metà. Lo studio sui moti delle stelle di MACS2129-1 mostrano che esse ruotano attorno al centro a oltre 500 chilometri al secondo, due volte più veloci di quelle della nostra Galassia.

 


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Le contraddizioni. Le galassie sono sistemi stellari che gli astronomi raggruppano in due categorie principali: le galassie a spirale, come la Via Lattea, e le galassie ellittiche. Una delle differenze più importanti tra le due è che mentre le galassie a spirale sfornano nuove stelle trasformando il gas al loro interno, quelle ellittiche hanno smesso di farlo da tempo e per questo vengono definite galassie morte. Anche i moti delle stelle al loro interno sono alquanto diversi: nella Via Lattea e nelle sue simili le stelle ruotano con regolarità e in modo approssimativamente circolare attorno al centro, mentre gli astri nelle galassie ellittiche seguono percorsi più caotici.

 

I motivi per i quali le galassie ellittiche hanno smesso di produrre nuove stelle già in epoche remote nella storia dell'universo sono tutt'altro che chiari. Le teorie oggi più accreditate suggeriscono che gli scontri tra galassie possano avere in alcuni casi innescato una super produzione stellare, comprimendo nelle regioni centrali tutto il gas disponibile - che poi si è condensato in nuovi astri. Questi scontri non lascerebbero scampo ai dischi originari, riducendo le galassie a sferoidi con stelle in moto disordinato.

 

«Gli spettri ottenuti con il VLT ci hanno permesso di stabilire senza alcun dubbio che la galassia MACS2129-1, al momento in cui la osserviamo, ha smesso di formare nuove stelle già da un miliardo di anni», commenta Anna Gallazzi, co-autrice dello studio, che ha eseguito l'analisi del contenuto stellare della galassia. «In altre parole è una galassia morta, come usano dire gli astronomi. La quantità di stelle che ospita e il loro grado di arricchimento chimico, in tutto simili a quello di altre galassie morte, dimostrano che MACS2129-1 ha raggiunto la sua maturità appena 3 miliardi di anni dopo il Big Bang.»

 

Qualcosa però non torna: a differenza delle galassie morte più vicine a noi, caratterizzate da forma sferoidale e stelle in moto disordinato, MACS2129-1 ha una forma a disco, come la Via Lattea, e ruota molto rapidamente. Questo è incompatibile con la teoria degli scontri.

 

Il gioco delle lenti. Se i ricercatori sono riusciti ad analizzare così in dettaglio la remota galassia, è anche grazie al fatto che si trova esattamente dietro un ammasso di galassie più vicino, che ha fatto da lente gravitazionale, amplificando e ingrandendo l'immagine di MACS2129-1, permettendo di studiare la distribuzione delle stelle nella galassia e i loro moti.

 

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Come un vero e proprio telescopio naturale nello spazio, la forza di gravità esercitata dall'ammasso di galassie in primo piano, MACS J2129-0741, ingrandisce, rende più brillante e distorce la ben più lontana galassia MACS2129-1, evidenziata nel riquadro superiore. Il riquadro centrale offre una vista completa dell'oggetto celeste, mentre quello in basso mostra la galassia come apparirebbe senza le distorsioni indotte dall'ammasso in primo piano. | Nasa, Esa, S. Toft (University of Copenhagen), M. Postman (STScI), CLASH Team

«Le immagini del telescopio spaziale Hubble sono state fondamentali per ricostruire il funzionamento della complessa lente gravitazionale attraverso cui vediamo la galassia MACS2129-1 e correggerne le distorsioni, ma il contributo da terra del VLT di Eso con il suo spettrografo XShooter è stato cruciale per determinare la natura di "disco rotante" di questa galassia», sottolinea Stefano Zibetti, che ha analizzato gli spettri per isolare il contributo delle stelle da quello del gas interstellare ed elaborato i modelli che hanno consentito di interpretarli in termini di proprietà delle popolazioni stellari. «Ulteriori osservazioni su altre galassie con i telescopi di nuova generazione, come il James Webb Space Telescope (vedi) e l'Extremely Large Telescope, ci permetteranno di stabilire l'eccezionalità o meno di sistemi come MACS2129-1 nell'Universo primordiale.»

 

Per approfondire: lo studio A massive, dead disk galaxy in the early Universe, è pubblicato su Nature (sommario, in inglese).