Abbiamo una buona comprensione dei meccanismi fondamentali che regolano la formazione stellare nelle galassie, dalla materia interstellare alle nubi diffuse distribuite nello spazio la cui contrazione gravitazionale porta alla nascita di stelle all'interno di grandi ammassi stellari. Ma le osservazioni di galassie lontane hanno messo in dubbio questa immagine, le dimensioni e la massa di questi lontani vivai stellari superano ampiamente quella delle loro controparti locali. Un team internazionale di astrofisici guidato dalle Università di Ginevra (UNIGE), Svizzera, per le osservazioni e Zurich (UZH) per le simulazioni ha affrontato questa incongruenza, che sembra mettere in discussione la nostra conoscenza della formazione stellare quando studiamo l'universo primordiale, lontano nel tempo e nello spazio. Hanno trovato le prime risposte grazie a nuove osservazioni del cosiddetto serpente cosmico. Il loro studio è pubblicato sulla rivista Astronomia della natura .

Lo studio della formazione stellare si basa sul lavoro coordinato di diversi team internazionali che effettuano osservazioni su diverse scale. Il telescopio spaziale Hubble, quando puntato verso galassie ad alto redshift, studia in dettaglio oggetti molto distanti quando l'universo era molto più giovane, lontano nel tempo e nello spazio.

Queste osservazioni hanno innescato un dibattito inaspettato tra gli astronomi:in un lontano passato, La formazione stellare era governata da leggi o condizioni fisiche differenti? Questo è ciò che apparentemente suggeriscono i dati del telescopio spaziale Hubble con le osservazioni di galassie lontane che rivelano la presenza di regioni giganti di formazione stellare, gruppi di gas e stelle che raggiungono dimensioni grandi come 3000 anni luce, mille volte più grandi di quelli osservati nell'universo vicino. E questi ciuffi giganti, intrigante, sembrava essere onnipresente nelle galassie ad alto redshift.

La necessità di un telescopio gravitazionale

La distanza che ci separa da questi oggetti impedisce la loro osservazione dettagliata, ma gli astronomi hanno superato questa difficoltà sfruttando la lente gravitazionale. Il telescopio è puntato nella direzione di un oggetto estremamente massiccio il cui campo gravitazionale piega il percorso della luce proveniente da una galassia più lontana situata alle sue spalle. La gravità dell'oggetto massiccio crea così immagini multiple e amplificate della galassia lontana, esattamente come una lente ottica.

In questo caso, gli astronomi hanno puntato Hubble verso un'enorme lente gravitazionale che produce diversi allungati, immagini deformate e quasi sovrapposte di una galassia lontana con una vera regione di "serpente cosmico" che forma stelle. "L'immagine amplificata è più precisa, luminoso, e ci permette di osservare dettagli fino a 100 volte più piccoli, "dice Antonio Cava, autore principale dello studio.

Il fatto che l'immagine della galassia sorgente sia ripetuta cinque volte a diverse risoluzioni spaziali ha permesso ai ricercatori di effettuare un'osservazione diretta e di stabilire la struttura intrinseca e le dimensioni dei ciuffi giganti osservati. I ricercatori hanno concluso che i ciuffi giganti non sono in realtà così grandi e massicci come suggerito dalle precedenti osservazioni di Hubble. Anziché, sono intrinsecamente più piccoli o composti da più piccoli componenti irrisolti. Valentina Tamburello dell'Istituto di Scienze Computazionali dell'UZH, coautore dello studio, dice, "Grazie alla risoluzione incredibilmente alta del 'serpente cosmico, ' siamo stati in grado di confrontare i nostri calcoli con le osservazioni UNIGE e confermare la loro corrispondenza. Questa è stata una fortuna incredibile per noi".

Questo è un passo importante verso la comprensione dei meccanismi fondamentali che guidano la formazione stellare nelle galassie lontane, anche se non spiega completamente alcune delle differenze osservate rispetto alle galassie locali. "Abbiamo ridotto le differenze tra ciò che osserviamo nell'universo vicino e nelle galassie lontane da un fattore 1000 a un fattore 10, "dice Daniel Schaerer, professore all'Osservatorio di Ginevra. Sottolinea inoltre l'avvincente convergenza di osservazioni innovative e sofisticate simulazioni all'avanguardia, come quelli sviluppati dai collaboratori UZH, che suggeriscono che le restanti differenze, può essere spiegato dalla natura turbolenta delle galassie lontane.