Un collage di 21 galassie riprese dal sondaggio ALPINE. Le immagini si basano sulla luce emessa dal carbonio ionizzato singolarmente, o C+. Questi dati mostrano la varietà di diverse strutture di galassie già in atto meno di 1,5 miliardi di anni dopo il Big Bang (il nostro universo ha 13,8 miliardi di anni). Alcune delle immagini contengono effettivamente galassie che si fondono; Per esempio, l'oggetto nella riga superiore, secondo da sinistra, sono in realtà tre galassie che si stanno fondendo. Altre galassie sembrano essere ordinate in modo più uniforme e potrebbero essere spirali; un chiaro esempio è nella seconda riga, prima galassia da sinistra. La nostra galassia della Via Lattea è mostrata in scala per aiutare a visualizzare le piccole dimensioni di queste galassie infantili. Crediti:Michele Ginolfi (collaborazione ALPINE); ALMA(ESO/NAOJ/NRAO); NASA/JPL-Caltech/R. Ferita (IPAC)
Nuovi risultati da un ambizioso programma di rilevamento del cielo, chiamato ALPINO, rivelano che le galassie a forma di disco rotante potrebbero essere esistite in gran numero prima nell'universo di quanto si pensasse in precedenza.
Il programma ALPINO, formalmente denominato "ALMA Large Programme to Investigate C+ at Early Times, " utilizza i dati ottenuti da 70 ore di osservazioni del cielo con l'osservatorio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) in Cile, in combinazione con i dati di precedenti osservazioni di una serie di altri telescopi, tra cui l'Osservatorio W. M. Keck alle Hawaii e i telescopi spaziali Hubble e Spitzer della NASA. Nello specifico, l'indagine ha esaminato un pezzo di cielo contenente dozzine di galassie remote.
"Questo è il primo studio multi-lunghezza d'onda dall'ultravioletto alle onde radio di galassie lontane che esisteva tra 1 miliardo e 1,5 miliardi di anni dopo il Big Bang, "dice Andreas Faisst, uno scienziato dello staff dell'IPAC, un centro di astronomia al Caltech, e ricercatore principale del programma ALPINE, che include scienziati di tutto il mondo.
Una delle funzioni chiave di ALPINE è utilizzare ALMA per osservare la firma di uno ione noto come C+, che è una forma di carbonio carica positivamente. Quando la luce ultravioletta delle stelle appena nate colpisce nuvole di polvere, crea gli atomi C+. Misurando la firma di questo atomo, o "linea di emissione, "nelle galassie, gli astronomi possono vedere come ruotano le galassie; mentre il gas contenente C+ nelle galassie ruota verso di noi, la sua firma luminosa si sposta a lunghezze d'onda più blu, e mentre gira via, la luce si sposta a lunghezze d'onda più rosse. È simile alla sirena di un'auto della polizia che aumenta di tono mentre corre verso di te e diminuisce mentre si allontana.
Usando ALMA, gli scienziati possono misurare la rotazione delle galassie nell'universo primordiale con una precisione di diversi 10 chilometri al secondo. Ciò è reso possibile osservando la luce emessa dal carbonio singolarmente ionizzato nelle galassie, noto anche come C+. L'emissione di C+ dalle nuvole di gas che ruotano verso di noi è spostata verso il blu, lunghezze d'onda più corte, mentre le nuvole che ruotano lontano da noi emettono luce spostata più a lungo, lunghezze d'onda più rosse. Misurando questo spostamento di luce, gli astronomi possono determinare la velocità di rotazione delle galassie. Credito:Andreas Faisst (collaborazione ALPINE)
Il team di ALPINE ha effettuato le misurazioni del C+ su 118 galassie remote per creare un catalogo non solo delle loro velocità di rotazione, ma anche di altre caratteristiche come la densità del gas e il numero di stelle che si formano.
L'indagine ha rivelato galassie mutilate rotanti che erano in procinto di fondersi, oltre a galassie a forma di spirale apparentemente perfettamente lisce. Circa il 15% delle galassie osservate aveva una superficie liscia, rotazione ordinata prevista per le galassie a spirale. Però, notano gli autori, le galassie potrebbero non essere spirali ma dischi rotanti con grumi di materiale. Le osservazioni future con la prossima generazione di telescopi spaziali individueranno la struttura dettagliata di queste galassie.
"Stiamo trovando galassie rotanti ben ordinate in questa fase molto precoce e piuttosto turbolenta del nostro universo, " dice Faisst. "Ciò significa che devono essersi formati da un processo regolare di raccolta del gas e non si sono ancora scontrati con altre galassie, come molte altre galassie hanno."
Combinando i dati di ALMA con le misurazioni di altri telescopi, including the now-retired Spitzer, which specifically helped measure the masses of the galaxies, the scientists are better able to study how these young galaxies evolve over time.
The object pictured above is DC-818760, which consists of three galaxies that are likely on collision course. Like all the galaxies in the ALPINE survey, it has been imaged by different telescopes. This "multi-wavelength" approach allows astronomers to study in detail the structure of these galaxies. NASA's Hubble Space Telescope (blue) reveals regions of active star formation not obscured by dust; NASA's now-retired Spitzer Space Telescope (green) shows the location of older stars that are used to measure the stellar mass of galaxies; and ALMA (red) traces gas and dust, allowing the amount of star formation hidden by dust to be measured. The picture at the top of the image combines light from all three telescopes. The velocity map on the bottom shows gas in the rotating galaxies approaching us (blue) or receding (red). Credit:Gareth Jones &Andreas Faisst (ALPINE collaboration); ALMA(ESO/NAOJ/NRAO); NASA/STScI; JPL-Caltech/IPAC (R. Hurt)
"How do galaxies grow so much so fast? What are the internal processes that let them grow so quickly? These are questions that ALPINE is helping us answer, " says Faisst. "And with the upcoming launch of NASA's James Webb Space Telescope, we will be able to follow-up on these galaxies to learn even more."
Lo studio, led by Faisst, titled, "The ALPINE-ALMA [CII] Survey:Multi-Wavelength Ancillary Data and Basic Physical Measurements, " was funded by NASA and the European Southern Observatory.
A brief overview of the survey, produced by a team led by Olivier LeFèvre of the Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM), is at ui.adsabs.harvard.edu/abs/2019 … v191009517L/abstract; the ALMA data is detailed in another paper by a team led by Matthieu Béthermin of LAM, available at ui.adsabs.harvard.edu/abs/2020 … v200200962B/abstract .
