Gli astronomi hanno usato la potenza combinata di più osservatori astronomici in tutto il mondo e nello spazio per scoprire un tesoro di antiche galassie massicce precedentemente sconosciute. Questa è la prima scoperta multipla del suo genere, e una tale abbondanza di questo tipo di galassia sfida i modelli attuali dell'universo. Queste galassie sono anche intimamente connesse ai buchi neri supermassicci e alla distribuzione della materia oscura.

Il telescopio spaziale Hubble ha offerto un accesso senza precedenti all'universo mai visto prima, ma anche lui è cieco ad alcuni dei pezzi più fondamentali del puzzle cosmico. Gli astronomi dell'Istituto di Astronomia dell'Università di Tokyo volevano osservare oggetti che da tempo sospettavano fossero là fuori, ma che Hubble non poteva rivelare. Le nuove generazioni di osservatori astronomici hanno finalmente rivelato ciò che cercavano.

"Questa è la prima volta che una popolazione così grande di galassie massicce è stata confermata durante i primi 2 miliardi di anni dei 13,7 miliardi di anni di vita dell'universo. Prima erano invisibili per noi, " ha detto il ricercatore Tao Wang. "Questa scoperta contravviene ai modelli attuali per quel periodo di evoluzione cosmica, e aiuterà ad aggiungere alcuni dettagli, che fino ad ora sono mancati».

Ma come può qualcosa di grande come una galassia essere invisibile per cominciare?

"La luce di queste galassie è molto debole, con lunghe lunghezze d'onda invisibili ai nostri occhi e non rilevabili da Hubble, " ha spiegato il professor Kotaro Kohno. "Così ci siamo rivolti all'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), che è l'ideale per vedere questo tipo di cose. Ho una lunga storia con quella struttura, e quindi sapevamo che avrebbe portato buoni risultati".

Anche se queste galassie erano le più grandi del loro tempo, la loro luce non è solo debole, ma anche allungati a causa della loro immensa distanza. Mentre l'universo si espande, la luce che attraversa si allunga, così la luce visibile diventa più lunga, eventualmente diventare infrarossi. La quantità di allungamento consente agli astronomi di calcolare quanto è lontano qualcosa, che rivela anche quanto tempo fa la luce è stata emessa dall'oggetto.

"È stato difficile convincere i nostri colleghi che queste galassie erano vecchie quanto sospettavamo. I nostri primi sospetti sulla loro esistenza provenivano dai dati a infrarossi del telescopio spaziale Spitzer, " disse Wang. "Ma ALMA ha occhi acuti, e rivela dettagli a lunghezze d'onda submillimetriche, le migliori lunghezze d'onda per scrutare attraverso la polvere presente nell'universo primordiale. Comunque, ci sono voluti ulteriori dati dal fantasioso Very Large Telescope in Cile per dimostrare davvero che stavamo vedendo antiche galassie massicce dove non ne era mai stata vista nessuna prima".

Un altro motivo per cui queste galassie appaiono così deboli è perché le galassie più grandi, anche ai giorni nostri, tendono ad essere avvolti nella polvere, che li oscura più dei loro fratelli galattici più piccoli.

E cosa implica la scoperta di queste enormi galassie?

"Più una galassia è massiccia, più massiccio è il buco nero supermassiccio nel suo cuore. Quindi lo studio di queste galassie e la loro evoluzione ci dirà di più sull'evoluzione dei buchi neri supermassicci, pure, " ha detto Kohno. "Le galassie massicce sono anche intimamente connesse con la distribuzione della materia oscura invisibile. Questo gioca un ruolo nel plasmare la struttura e la distribuzione delle galassie. I ricercatori teorici dovranno aggiornare le loro teorie ora".

Gli astronomi sono anche interessati a come queste 39 galassie differiscano dalle nostre. Se il nostro sistema solare fosse all'interno di uno di essi e tu dovessi alzare gli occhi al cielo in una notte limpida, vedresti qualcosa di molto diverso dal modello familiare della Via Lattea.

"Per una cosa, il cielo notturno sembrerebbe molto più maestoso. La maggiore densità di stelle significa che ci sarebbero molte più stelle vicine che apparivano più grandi e luminose, " ha spiegato Wang. "Ma al contrario, la grande quantità di polvere significa che le stelle lontane sarebbero molto meno visibili, quindi lo sfondo di queste luminose stelle vicine potrebbe essere un vasto vuoto oscuro."

Poiché questa è la prima volta che viene scoperta una tale popolazione di galassie, le implicazioni del loro studio si stanno realizzando solo ora. Potrebbero esserci ancora molte sorprese in arrivo.

"Queste gigantesche galassie sono invisibili nelle lunghezze d'onda ottiche, quindi è estremamente difficile fare la spettroscopia, un modo per studiare le popolazioni stellari e la composizione chimica delle galassie. ALMA non è brava in questo, e abbiamo bisogno di qualcosa di più, ", ha concluso Wang. "Non vedo l'ora che i prossimi osservatori come il telescopio spaziale James Webb ci mostrino di cosa sono veramente fatte queste bestie primordiali".