Le enormi galassie erano già molto più mature nell'universo primordiale di quanto precedentemente previsto. Lo ha dimostrato un team internazionale di astronomi che ha studiato 118 galassie lontane con l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).

La maggior parte delle galassie si è formata quando l'universo era ancora molto giovane. La nostra galassia, Per esempio, probabilmente ha iniziato a formarsi 13,6 miliardi di anni fa, nel nostro universo di 13,8 miliardi di anni. Quando l'universo aveva solo il dieci percento della sua età attuale (1-1,5 miliardi di anni dopo il Big Bang), la maggior parte delle galassie ha sperimentato uno "sprint di crescita". Durante questo periodo, hanno costruito la maggior parte della loro massa stellare e altre proprietà, come polvere, contenuto di elementi pesanti, e forme a disco a spirale, che vediamo nelle galassie di oggi. Perciò, se vogliamo imparare come si sono formate le galassie come la nostra Via Lattea, è importante studiare questa epoca.

In un sondaggio chiamato ALPINE (l'ALMA Large Programme to Investigate C+ at Early Times), un team internazionale di astronomi ha studiato 118 galassie che hanno sperimentato un tale "sprint di crescita" nell'universo primordiale. "Con nostra sorpresa, molti di loro erano molto più maturi di quanto ci aspettassimo, " ha affermato Andreas Faisst dell'Infrared Processing and Analysis Center (IPAC) presso il California Institute of Technology (Caltech).

Le galassie sono considerate più "mature" che "primordiali" quando contengono una quantità significativa di polvere ed elementi pesanti. "Non ci aspettavamo di vedere così tanta polvere ed elementi pesanti in queste lontane galassie, " disse Faisst. La polvere e gli elementi pesanti (definiti dagli astronomi come tutti gli elementi più pesanti dell'idrogeno e dell'elio) sono considerati un sottoprodotto delle stelle morenti. Ma le galassie nell'universo primordiale non hanno ancora avuto molto tempo per costruire stelle, quindi gli astronomi non si aspettano di vedere molta polvere o elementi pesanti neanche lì.

"Da studi precedenti, abbiamo capito che queste giovani galassie sono povere di polvere, ", ha affermato Daniel Schaerer dell'Università di Ginevra in Svizzera. "Tuttavia, troviamo che circa il 20 percento delle galassie che si sono assemblate durante questa prima epoca sono già molto polverose e una frazione significativa della luce ultravioletta delle stelle appena nate è già nascosta da questa polvere, " Ha aggiunto.

Molte delle galassie erano anche considerate relativamente cresciute perché mostravano una diversità nelle loro strutture, compresi i primi segni di dischi supportati dalla rotazione, che potrebbero in seguito portare a galassie con una struttura a spirale come si osserva in galassie come la nostra Via Lattea. Gli astronomi generalmente si aspettano che le galassie nell'universo primordiale assomiglino a relitti di treni perché spesso si scontrano. "Vediamo molte galassie che si scontrano, ma vediamo anche un certo numero di loro ruotare in modo ordinato senza segni di collisioni, ", ha affermato John Silverman del Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe in Giappone.

ALMA ha già avvistato galassie molto lontane, come MAMBO-9 (una galassia molto polverosa) e il Wolfe Disk (una galassia con un disco rotante). Ma era difficile dire se queste scoperte fossero uniche, o se ci fossero più galassie come loro là fuori. ALPINE è la prima indagine che ha permesso agli astronomi di studiare un numero significativo di galassie nell'universo primordiale, e mostra che potrebbero evolversi più velocemente del previsto. Ma gli scienziati non hanno ancora capito come queste galassie siano cresciute così velocemente, e perché alcuni di loro hanno già dischi rotanti.

Le osservazioni di ALMA sono state cruciali per questa ricerca perché il radiotelescopio può vedere la formazione stellare nascosta dalla polvere e tracciare il movimento del gas emesso dalle regioni di formazione stellare. I rilievi delle galassie nell'universo primordiale utilizzano comunemente telescopi ottici e infrarossi. Questi consentono la misurazione della formazione stellare non oscurata e delle masse stellari. Però, questi telescopi hanno difficoltà a misurare le regioni oscurate dalla polvere, dove si formano le stelle, oi moti del gas in queste galassie. E a volte non vedono affatto una galassia. "Con ALMA abbiamo scoperto per la prima volta alcune galassie lontane. Le chiamiamo Hubble-dark perché non potevano essere rilevate nemmeno con il telescopio Hubble, ", ha detto Lin Yan di Caltech.

Per saperne di più sulle galassie lontane, gli astronomi vogliono puntare ALMA sulle singole galassie per un tempo più lungo. "Vogliamo vedere esattamente dove si trova la polvere e come si muove il gas. Vogliamo anche confrontare le galassie polverose con altre alla stessa distanza e capire se potrebbe esserci qualcosa di speciale nei loro ambienti, " ha aggiunto Paolo Cassata dell'Università di Padova in Italia, già all'Universidad de Valparaíso in Cile.

ALPINE è la prima e più grande indagine multi-lunghezza d'onda delle galassie nell'universo primordiale. Per un ampio campione di galassie il team ha raccolto misurazioni nell'ottica (inclusa Subaru, VISTA, Hubble, Keck e VLT), infrarossi (Spitzer), e radio (ALMA). Sono necessari studi a più lunghezze d'onda per ottenere il quadro completo di come sono costruite le galassie. "Un sondaggio così ampio e complesso è possibile solo grazie alla collaborazione tra più istituti in tutto il mondo, ", ha affermato Matthieu Béthermin del Laboratoire d'Astrophysique de Marseille in Francia.