Un team internazionale di astronomi dal Giappone, Il Messico e l'Università del Massachusetts Amherst che studiano una "galassia mostruosa" distante 12,4 miliardi di anni luce oggi riferiscono che i loro strumenti hanno raggiunto una risoluzione angolare 10 volte superiore rispetto al passato, rivelando dettagli strutturali della galassia precedentemente completamente sconosciuti. Sono stati anche in grado di analizzare proprietà dinamiche che non potevano essere sondate prima. I dettagli vengono visualizzati in Natura .

Si pensa che le cosiddette "galassie mostruose" o galassie starburst estreme siano antenati di galassie massicce come la Via Lattea nell'universo di oggi, quindi queste scoperte sulla galassia nota come COSMOS-AzTEC-1 aprono la strada alla comprensione della loro formazione ed evoluzione, dicono i ricercatori.

Co-autore Min Yun, professore di astronomia presso UMass Amherst e membro del team che ha scoperto questa galassia utilizzando uno strumento costruito da UMass chiamato AzTEC in Cile nel 2007, aggiunge, "Una vera sorpresa è che questa galassia vista quasi 13 miliardi di anni fa ha un enorme, disco di gas ordinato che è in rotazione regolare invece di quello che ci aspettavamo, che sarebbe stata una sorta di disastro ferroviario disordinato che la maggior parte degli studi teorici aveva previsto."

Detto ciò, Aggiunge, hanno osservato che questo disco di gas è dinamicamente instabile ora, il che significa che l'intero disco di gas che compone questa galassia si sta frammentando e sta attraversando un gigantesco episodio di starburst, che aiuta a spiegare il suo enorme tasso di formazione stellare, più di 1, 000 volte quello della galassia della Via Lattea.

Queste più recenti scoperte osservative di COSMOS-AzTEC-1 sono state rese possibili dall'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un telescopio e una struttura gestiti da una partnership internazionale in Cile. Ken-ichi Tadaki è l'autore principale dell'articolo di questa settimana e ricercatore post-dottorato presso la Japan Society for the Promotion of Science e l'Osservatorio Astronomico Nazionale della nazione. Lui dice, "Una delle parti migliori delle osservazioni di ALMA è vedere galassie così lontane con una risoluzione senza precedenti".

Gli astronomi si sono chiesti a lungo perché le galassie mostruose possano formare stelle a un ritmo così sorprendente. Per cominciare a capire, avevano bisogno di caratterizzare l'ambiente intorno ai vivai stellari. Disegnare mappe dettagliate delle nuvole molecolari è un passo importante, dicono.

Tadaki e il team hanno scoperto che COSMOS-AzTEC-1 è ricco degli ingredienti delle stelle, ma era ancora difficile capire la natura del gas cosmico nella galassia. Hanno usato l'alta risoluzione e l'alta sensibilità di ALMA per osservare la galassia e ottenere una mappa dettagliata della distribuzione e del movimento del gas per creare la mappa del gas molecolare con la più alta risoluzione di una lontana galassia mostruosa mai realizzata.

"Abbiamo scoperto che ci sono due grandi nuvole distinte a diverse migliaia di anni luce di distanza dal centro, " spiega Tadaki. "Nelle galassie starburst più lontane, le stelle si formano attivamente al centro. Quindi è sorprendente trovare nuvole fuori centro".

Yun aggiunge, "Come queste galassie sono state in grado di accumulare una così grande quantità di gas in primo luogo e poi essenzialmente trasformare l'intera riserva di gas in stelle in un batter d'occhio, cosmologicamente parlando, era una domanda completamente sconosciuta sulla quale potevamo solo speculare. Ora abbiamo le prime risposte".

Lui dice, "Fino a quando non è arrivato questo risultato da ALMA, nessuno sapeva come la natura creasse enormi, le giovani galassie si sono formate solo 1 miliardo di anni dopo il Big Bang. Trovarli per la prima volta utilizzando lo strumento AzTEC 10 anni fa è stata una vera scoperta, ma sfidava ogni spiegazione".

Con le nuove osservazioni, i membri del team ora credono che la galassia mostruosa sia alimentata da "un disco estremamente ricco di gas che viene in qualche modo mantenuto stabile fino a quando non viene accumulato abbastanza gas. Non sappiamo ancora come tanto gas venga raccolto così rapidamente e cosa abbia mantenuto questo enorme gas riserva di accendersi e trasformarsi in stelle, come si sa che fa il gas nell'universo locale, "Yun aggiunge.

Gli astronomi hanno scoperto che le nubi di gas in COSMOS-AzTEC-1 sono molto instabili, che è insolito. In una situazione normale, fanno notare, la gravità verso l'interno e la pressione verso l'esterno sono bilanciate. Una volta che la gravità vince la pressione, la nube di gas collassa e forma stelle a un ritmo rapido. Quindi, le stelle e le esplosioni di supernova alla fine del ciclo di vita stellare fanno esplodere gas, che aumentano la pressione verso l'esterno. Di conseguenza, la gravità e la pressione raggiungono uno stato equilibrato e la formazione stellare continua a un ritmo moderato. In questo modo la formazione stellare nelle galassie si autoregola.

Ma in COSMOS-AzTEC-1, la pressione è molto più debole della gravità e difficile da bilanciare. Pertanto questa galassia mostra una formazione stellare in fuga e si è trasformata in una galassia mostruosa inarrestabile. Tadaki, Yun e colleghi stimano che il gas in COSMOS-AzTEC-1 sarà completamente consumato in 100 milioni di anni, che è 10 volte più veloce che in altre galassie che formano stelle.

Perché il gas in COSMOS-AzTEC-1 sia così instabile non è ancora chiaro, ma un fenomeno chiamato "fusione di galassie" è una possibile causa. La collisione della galassia potrebbe aver trasportato in modo efficiente il gas in una piccola area e innescato un'intensa formazione stellare. Tadaki dice, "In questo momento, non abbiamo prove di fusione in questa galassia. Ma osservando altre galassie simili con ALMA, vogliamo svelare la relazione tra fusioni di galassie e galassie mostruose".