Rappresentazione artistica del disco Wolfe, un'enorme galassia a disco rotante all'inizio, universo polveroso. La galassia è stata inizialmente scoperta quando ALMA ha esaminato la luce di un quasar più distante (in alto a sinistra). Credito:NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello
Nel nostro universo di 13,8 miliardi di anni, la maggior parte delle galassie come la nostra Via Lattea si formano gradualmente, raggiungendo la loro grande massa relativamente tardi. Ma una nuova scoperta fatta con l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) di un'enorme galassia a disco rotante, visto quando l'universo aveva solo il dieci per cento della sua età attuale, sfida i modelli tradizionali di formazione delle galassie. Questa ricerca appare il 20 maggio 2020 sulla rivista Natura .
Galassia DLA0817g, soprannominato il disco di Wolfe dal compianto astronomo Arthur M. Wolfe, è la galassia a disco rotante più lontana mai osservata. La potenza senza pari di ALMA ha permesso di vedere questa galassia ruotare a 170 miglia (272 chilometri) al secondo, simile alla nostra Via Lattea.
"Mentre studi precedenti suggerivano l'esistenza di queste prime galassie a disco rotanti ricche di gas, grazie ad ALMA ora abbiamo prove inequivocabili che si verificano già 1,5 miliardi di anni dopo il Big Bang, " ha affermato l'autore principale Marcel Neeleman del Max Planck Institute for Astronomy di Heidelberg, Germania.
Come si è formato il Wolfe Disk?
La scoperta del disco di Wolfe rappresenta una sfida per molte simulazioni di formazione di galassie, che prevedono che le galassie massicce a questo punto dell'evoluzione del cosmo siano cresciute attraverso molte fusioni di galassie più piccole e gruppi caldi di gas.
"La maggior parte delle galassie che troviamo all'inizio dell'universo sembrano relitti di treni perché hanno subito una fusione coerente e spesso "violenta", " ha spiegato Neeleman. "Queste fusioni calde rendono difficile la formazione ben ordinata, dischi rotanti freddi come osserviamo nel nostro universo attuale."
Immagine radiofonica ALMA del Wolfe Disk, visto quando l'universo aveva solo il dieci per cento della sua età attuale. Attestazione:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), M. Neeleman; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello
Nella maggior parte degli scenari di formazione delle galassie, le galassie iniziano a mostrare un disco ben formato solo circa 6 miliardi di anni dopo il Big Bang. Il fatto che gli astronomi abbiano trovato una tale galassia a disco quando l'universo aveva solo il dieci percento della sua età attuale, indica che altri processi di crescita devono aver dominato.
"Pensiamo che il Wolfe Disk sia cresciuto principalmente attraverso il costante accrescimento di gas freddo, " ha detto J. Xavier Prochaska, dell'Università della California, Santa Cruz e coautore del documento. "Ancora, una delle domande che rimane è come assemblare una massa di gas così grande mantenendo un relativamente stabile, disco rotante."
Formazione stellare
Il team ha anche utilizzato il Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) della National Science Foundation e il telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA per saperne di più sulla formazione stellare nel disco di Wolfe. Nelle lunghezze d'onda radio, ALMA ha osservato i movimenti della galassia e la massa di gas atomico e polvere mentre il VLA misurava la quantità di massa molecolare, il carburante per la formazione stellare. Alla luce UV, Hubble ha osservato stelle massicce. "Il tasso di formazione stellare nel Wolfe Disk è almeno dieci volte superiore a quello della nostra galassia, " ha spiegato Prochaska. "Deve essere una delle galassie a disco più produttive nell'universo primordiale".
Il disco Wolfe visto con ALMA (a destra - in rosso), VLA (a sinistra - in verde) e il telescopio spaziale Hubble (entrambe le immagini - in blu). Alla luce della radio, ALMA ha osservato i movimenti della galassia e la massa di gas atomico e polvere e il VLA ha misurato la quantità di massa molecolare. Alla luce UV, Hubble ha osservato stelle massicce. L'immagine VLA è realizzata con una risoluzione spaziale inferiore rispetto all'immagine ALMA, e quindi sembra più grande e più pixelato. Attestazione:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), M. Neeleman; NRAO/AUI/NSF, S.Dagnello; Hubble NASA/ESA
Una galassia "normale"
Il disco di Wolfe è stato scoperto per la prima volta da ALMA nel 2017. Neeleman e il suo team hanno trovato la galassia esaminando la luce di un quasar più distante. La luce del quasar è stata assorbita mentre passava attraverso un enorme serbatoio di gas idrogeno che circondava la galassia, ed è così che si è rivelata. Piuttosto che cercare luce diretta da estremamente brillante, ma galassie più rare, gli astronomi hanno usato questo metodo di "assorbimento" per trovare più deboli, e più galassie "normali" nell'universo primordiale.
"Il fatto che abbiamo trovato il disco Wolfe usando questo metodo, ci dice che appartiene alla normale popolazione di galassie presenti nei primi tempi, " ha detto Neeleman. "Quando le nostre più recenti osservazioni con ALMA hanno sorprendentemente mostrato che sta ruotando, ci siamo resi conto che le prime galassie a disco rotante non sono così rare come pensavamo e che dovrebbero essercene molte di più là fuori."
"Questa osservazione riassume come la nostra comprensione dell'universo è migliorata con la sensibilità avanzata che ALMA porta alla radioastronomia, " ha detto Joe Pesce, direttore del programma di astronomia presso la National Science Foundation, che finanzia il telescopio. "ALMA ci permette di fare nuove, risultati inaspettati con quasi ogni osservazione."
