Gli ammassi stellari sono formati dalla condensazione di nubi molecolari, masse di freddo, gas denso che si trovano in ogni galassia. Le proprietà fisiche di queste nuvole nella nostra galassia e nelle galassie vicine sono note da molto tempo. Ma sono identiche in galassie lontane che distano più di 8 miliardi di anni luce? Per la prima volta, un team internazionale guidato dall'Università di Ginevra (UNIGE) è stato in grado di rilevare le nubi molecolari in un progenitore della Via Lattea, grazie alla risoluzione spaziale senza precedenti raggiunta in una galassia così lontana. Queste osservazioni, pubblicato in Astronomia della natura , mostrano che le nuvole lontane hanno una massa maggiore, densità e turbolenza interna rispetto alle nuvole ospitate nelle galassie vicine e che producono molte più stelle. Gli astronomi attribuiscono queste differenze alle condizioni interstellari ambientali nelle galassie lontane, che sono troppo estreme perché le nubi molecolari tipiche delle galassie vicine possano sopravvivere.

Le nubi molecolari sono costituite da dense, gas idrogeno molecolare freddo che vortica intorno a velocità supersoniche, generando fluttuazioni di densità che condensano e formano le stelle. Nelle galassie vicine, come la Via Lattea, una nuvola molecolare produce tra 10+3 e 10+6 stelle. Nelle galassie lontane, però, situato a più di 8 miliardi di anni luce di distanza, gli astronomi hanno osservato ammassi stellari giganteschi contenenti fino a 100 volte più stelle. Perché c'è una tale differenza?

Osservazione eccezionale resa possibile utilizzando una lente d'ingrandimento cosmica

Per rispondere a questa domanda, gli astronomi sono stati in grado di utilizzare un telescopio naturale - il fenomeno della lente gravitazionale - in combinazione con ALMA (Atacama Large Millimeter / Submillimetre Array), un interferometro composto da 50 antenne radio millimetriche che ricostruiscono istantaneamente l'intera immagine di una galassia. "Le lenti gravitazionali sono un telescopio naturale che produce un effetto lente d'ingrandimento quando un oggetto massiccio è allineato tra l'osservatore e l'oggetto distante, " spiega Miroslava Dessauges, ricercatore presso il Dipartimento di Astronomia della Facoltà di Scienze dell'UNIGE e primo autore dello studio. "Con questo effetto, alcune parti di galassie lontane sono distese nel cielo e possono essere studiate con una risoluzione senza rivali di 90 anni luce!" ALMA, nel frattempo, può essere impiegato per misurare il livello di monossido di carbonio, che funge da tracciante del gas idrogeno molecolare che costituisce le nuvole fredde.

Questa risoluzione ha permesso di caratterizzare individualmente le nubi molecolari in una galassia lontana, soprannominato il "Serpente Cosmico, " 8 miliardi di anni luce di distanza. "È la prima volta che siamo stati in grado di individuare le nuvole molecolari l'una dall'altra, "dice Daniel Schaerer, professore presso il Dipartimento di Astronomia dell'UNIGE. Gli astronomi hanno quindi potuto confrontare la massa, dimensione, densità e turbolenza interna di nubi molecolari in galassie vicine e lontane. "Si pensava che le nuvole avessero sempre le stesse proprietà in tutte le galassie, continua il ricercatore ginevrino, ma le nostre osservazioni hanno dimostrato il contrario!"

Nuvole molecolari resistenti agli ambienti estremi

Queste nuove osservazioni hanno rivelato che le nubi molecolari nelle galassie lontane avevano una massa, densità e turbolenza da 10 a 100 volte superiori a quelle delle galassie vicine. "Tali valori erano stati misurati solo in nubi ospitate in galassie interagenti vicine, che hanno condizioni interstellari medie simili a quelle di galassie lontane, " aggiunge Miroslava Dessauges. I ricercatori potrebbero collegare le differenze nelle proprietà fisiche delle nuvole con gli ambienti galattici, che sono più estreme e ostili nelle galassie lontane che nelle galassie più vicine. "Una nube molecolare che si trova tipicamente in una galassia vicina collasserebbe istantaneamente e sarebbe distrutta nel mezzo interstellare di galassie lontane, quindi la sua maggiore densità e turbolenza ne garantiscono la sopravvivenza e l'equilibrio, " spiega Miroslava Dessauges. "La massa caratteristica delle nubi molecolari nel Serpente Cosmico sembra essere in perfetto accordo con le previsioni del nostro scenario di frammentazione dei dischi galattici turbolenti. Di conseguenza, questo scenario può essere proposto come il meccanismo di formazione di nubi molecolari massicce in galassie lontane, "aggiunge Lucio Mayer, professore al Centro di Teoria Fisica e Cosmologica dell'Università di Zurigo.

Il team internazionale ha anche scoperto che l'efficienza della formazione stellare nella galassia Cosmic Snake è particolarmente elevata, probabilmente innescato dalla turbolenza interna altamente supersonica delle nuvole. "Nelle galassie vicine, una nube molecolare forma circa il 5% della sua massa nelle stelle. Nelle galassie lontane, questo numero sale al 30 percento, " osserva Daniel Schaerer.

Gli astronomi studieranno ora altre galassie lontane per confermare i risultati osservativi ottenuti per il Serpente Cosmico. Miroslava Dessauges afferma in conclusione:"Spingeremo ulteriormente la risoluzione sfruttando le prestazioni uniche dell'interferometro ALMA. In parallelo, dobbiamo comprendere più in dettaglio la capacità delle nubi molecolari nelle galassie lontane di formare stelle in modo così efficiente".