Analizzando i dati ottenuti con l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), i ricercatori hanno scoperto una galassia con una morfologia a spirale di soli 1,4 miliardi di anni dopo il Big Bang. Questa è la galassia più antica del suo genere mai osservata. La scoperta di una galassia con una struttura a spirale in una fase così precoce è un indizio importante per risolvere le classiche domande dell'astronomia:"Come e quando si sono formate le galassie a spirale?"

"Ero eccitato perché non avevo mai visto una prova così chiara di un disco rotante, struttura a spirale, e struttura di massa centralizzata in una galassia lontana in qualsiasi letteratura precedente, "dice Takafumi Tsukui, uno studente laureato presso SOKENDAI e l'autore principale del documento di ricerca pubblicato sulla rivista Scienza . "La qualità dei dati di ALMA era così buona che sono riuscito a vedere così tanti dettagli che ho pensato che fosse una galassia vicina".

La Via Lattea, dove viviamo, è una galassia a spirale. Le galassie a spirale sono oggetti fondamentali nell'Universo, che rappresentano fino al 70% del numero totale di galassie. Però, altri studi hanno dimostrato che la proporzione di galassie a spirale diminuisce rapidamente se guardiamo indietro nella storia dell'Universo. Così, quando si sono formate le galassie a spirale?

Tsukui e il suo supervisore Satoru Iguchi, professore al SOKENDAI e all'Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone, notato una galassia chiamata BRI 1335-0417 nell'ALMA Science Archive. La galassia esisteva 12,4 miliardi di anni fa e conteneva una grande quantità di polvere, che oscura la luce delle stelle. Ciò rende difficile studiare questa galassia in dettaglio con la luce visibile. D'altra parte, ALMA può rilevare le emissioni radio degli ioni carbonio nella galassia, che ci consente di indagare su cosa sta succedendo nella galassia.

I ricercatori hanno trovato una struttura a spirale che si estende per 15, 000 anni luce dal centro della galassia. Questo è un terzo delle dimensioni della Via Lattea. La massa totale stimata delle stelle e della materia interstellare in BRI 1335-0417 è approssimativamente uguale a quella della Via Lattea.

"Poiché BRI 1335-0417 è un oggetto molto distante, potremmo non essere in grado di vedere il vero confine della galassia in questa osservazione, " commenta Tsukui. "Per una galassia che esisteva nell'Universo primordiale, BRI 1335-0417 era un gigante".

Allora la domanda diventa, come si è formata questa distinta struttura a spirale in soli 1,4 miliardi di anni dopo il Big Bang? I ricercatori hanno considerato molteplici possibili cause e hanno suggerito che potrebbe essere dovuto a un'interazione con una piccola galassia. BRI 1335-0417 sta attivamente formando stelle e i ricercatori hanno scoperto che il gas nella parte esterna della galassia è gravitazionalmente instabile, che favorisce la formazione delle stelle. È probabile che questa situazione si verifichi quando viene fornita una grande quantità di gas dall'esterno, probabilmente a causa di collisioni con galassie più piccole.

Anche il destino di BRI 1335-0417 è avvolto nel mistero. Si pensa che le galassie che contengono grandi quantità di polvere e che producono attivamente stelle nell'Universo antico siano le antenate delle gigantesche galassie ellittiche dell'Universo attuale. In quel caso, BRI 1335-0417 cambia la sua forma da una galassia a disco a una ellittica in futuro. O, contrariamente alla visione convenzionale, la galassia può rimanere una galassia a spirale per molto tempo. BRI 1335-0417 giocherà un ruolo importante nello studio dell'evoluzione della forma delle galassie nel corso della lunga storia dell'Universo.

"Il nostro Sistema Solare si trova in uno dei bracci a spirale della Via Lattea, "Spiega Iguchi. "Tracciare le radici della struttura a spirale ci fornirà indizi sull'ambiente in cui è nato il Sistema Solare. Spero che questa ricerca possa far progredire ulteriormente la nostra comprensione della storia della formazione delle galassie".

Questi risultati della ricerca sono presentati in T. Tsukui &S. Iguchi "Spiral morphology in an intensely star-forming disk galaxy più di 12 miliardi di anni fa" pubblicato online dalla rivista Scienza di giovedì, 20 maggio, 2021.