Figura 1:Un'immagine a falsi colori ad ampio campo visivo di un'enorme galassia quiescente presa da Surpime-Cam sul telescopio Subaru (immagine principale) e un primo piano ad alta risoluzione (riquadro) dall'IRCS (Infrared Camera and Spectrograph) sul telescopio Subaru. Il cerchio giallo mostra la funzione di diffusione del punto di questa osservazione corretta con il sistema di ottica adattiva AO188. Attestazione:NAOJ
Le galassie moderne mostrano un'ampia diversità, comprese le galassie nane, galassie irregolari, galassie a spirale, e massicce galassie ellittiche. Questo ultimo tipo, massicce galassie ellittiche, fornisce agli astronomi un puzzle. Sebbene siano le galassie più massicce con il maggior numero di stelle, quasi tutte le loro stelle sono vecchie. In qualche momento del passato i progenitori delle massicce galassie ellittiche devono aver formato rapidamente molte stelle e poi essersi fermati per qualche motivo.
Fortunatamente, la velocità finita della luce offre agli scienziati un modo per tornare indietro nel tempo e vedere l'universo primordiale. Se una galassia si trova a 12 miliardi di anni luce di distanza, quindi la luce di quella galassia deve aver viaggiato per 12 miliardi di anni prima di raggiungere la Terra. Ciò significa che la luce che osserviamo oggi deve aver lasciato la galassia 12 miliardi di anni fa. In altre parole, la luce è l'immagine di come appariva la galassia 12 miliardi di anni fa. Osservando le galassie a varie distanze dalla Terra, gli astronomi possono ricostruire la storia dell'universo.
Un team internazionale che comprende ricercatori dell'Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone (NAOJ), l'Università di Tokyo, e l'Università di Copenaghen hanno utilizzato i dati del Subaru Telescope della NAOJ e di altri telescopi per cercare galassie situate a 12 miliardi di anni luce di distanza. Tra questo campione hanno identificato massicce galassie quiescenti, significa galassie massicce senza formazione stellare attiva, come probabili progenitori delle moderne galassie ellittiche giganti. È sorprendente che le galassie giganti mature esistessero già molto presto, quando l'universo era solo circa il 13% circa della sua età attuale.
Figura 2:La relazione tra massa stellare (asse x) e dimensione (asse y) è derivata assumendo che le galassie più massicce in ogni epoca siano le progenitrici delle moderne galassie ellittiche giganti più massicce (rosso). Le curve solide e tratteggiate grigie mostrano l'evoluzione delle dimensioni guidata da molte fusioni minori e grandi fusioni, rispettivamente. Attestazione:NAOJ
Il team ha quindi utilizzato il telescopio Subaru per eseguire osservazioni di follow-up ad alta risoluzione nel vicino infrarosso per le 5 galassie quiescenti massicce più luminose situate a 12 miliardi di anni luce di distanza.
I risultati mostrano che sebbene le massicce galassie quiescenti siano compatte (solo circa il 2% delle dimensioni della Via Lattea) sono pesanti quasi quanto le galassie moderne. Ciò significa che per diventare moderne galassie ellittiche giganti devono gonfiarsi circa 100 volte di dimensioni, ma aumentano di massa solo di circa 5 volte. Confrontando le osservazioni con modelli giocattolo, il team ha dimostrato che ciò sarebbe possibile se la crescita fosse guidata, non da grandi fusioni in cui due galassie simili si fondono per formarne una più grande, ma da fusioni minori in cui una grande galassia cannibalizza quelle più piccole.
"Siamo molto entusiasti delle implicazioni dei nostri risultati, " spiega l'autore corrispondente Mariko Kubo, un ricercatore post-dottorato presso NAOJ. "Ma ora siamo al limite di risoluzione dei telescopi esistenti. La risoluzione spaziale superiore del Thirty Meter Telescope attualmente in fase di sviluppo ci consentirà di studiare le morfologie di galassie lontane in modo più preciso. Per le galassie più lontane oltre i 12 miliardi di anni luce, abbiamo bisogno del telescopio spaziale James Webb di nuova generazione".
