Per venire in essere, le galassie hanno bisogno di una dieta costante di gas freddi per subire un collasso gravitazionale. Più grande è la galassia, più gas freddo di cui ha bisogno per fondersi e crescere.

Le enormi galassie trovate nell'universo primordiale avevano bisogno di molto gas freddo, un deposito pari a 100 miliardi di volte la massa del nostro sole.

Ma dove sono finiti questi primi, le galassie di grandi dimensioni ricevono così tanto gas freddo quando sono circondate da un ambiente più caldo?

In un nuovo studio, gli astronomi guidati dall'Università dell'Iowa riferiscono direttamente, prove osservative di flussi di gas freddo che ritengono abbiano provveduto a questi primi, galassie massicce. Hanno rilevato gasdotti freddi che hanno attraversato l'atmosfera calda nell'alone di materia oscura di una galassia massiccia iniziale, fornendo i materiali per la galassia per formare le stelle.

Circa due decenni fa, i fisici che lavoravano con le simulazioni teorizzavano che durante l'universo primordiale, filamenti cosmici traghettavano gas freddo ed embrionale, galassie a forma di nodo in un alone di materia oscura, dove tutto si è aggregato per formare massicce galassie. La teoria presumeva che i filamenti avrebbero dovuto essere stretti e densamente riempiti di gas freddo per evitare di essere staccati dall'atmosfera circostante più calda.

Ma la teoria mancava di prove dirette. In questo studio, gli scienziati hanno studiato una regione gassosa che circonda un'enorme galassia formatasi quando l'universo aveva circa 2,5 miliardi di anni, o solo il 20% della sua età attuale. La galassia non era stata precedentemente studiata, e il team ha impiegato cinque anni per individuare la sua esatta posizione e distanza (attraverso il suo spostamento verso il rosso). Il team aveva bisogno di un osservatorio appositamente attrezzato, l'Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array, perché l'ambiente della galassia bersaglio è così polveroso che può essere visto solo nella gamma submillimetrica dello spettro elettromagnetico.

"È il prototipo, il primo caso in cui abbiamo rilevato un flusso a scala di alone che sta alimentando una galassia molto massiccia, "dice Hai Fu, professore associato presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell'Iowa e capo dello studio e autore corrispondente. "Sulla base delle nostre osservazioni, tali flussi possono riempire il serbatoio in circa un miliardo di anni, che è molto più breve della quantità di tempo che era disponibile per la galassia nell'epoca che stavamo osservando."

In modo cruciale, i ricercatori hanno individuato due quasar di fondo che sono proiettati a distanze angolari ravvicinate dalla galassia bersaglio, proprio come il movimento di Giove e Saturno li ha avvicinati l'uno all'altro quando visti dalla Terra durante la Grande Congiunzione lo scorso dicembre. A causa di questa configurazione unica, la luce dei quasar che penetrava nel gas dell'alone della galassia in primo piano ha lasciato "impronte digitali" chimiche che hanno confermato l'esistenza di una stretta corrente di gas freddo.

Quelle impronte chimiche hanno mostrato che il gas nei flussi aveva una bassa concentrazione di elementi pesanti come l'alluminio, carbonio, ferro da stiro, e magnesio. Poiché questi elementi si formano quando la stella brilla ancora e vengono rilasciati nel mezzo circostante quando la stella muore, i ricercatori hanno determinato che i flussi di gas freddo devono essere entrati dall'esterno, piuttosto che essere espulsi dalla stessa galassia creatrice di stelle.

"Tra i 70, 000 galassie starburst nel nostro sondaggio, questo è l'unico associato a due quasar che sono entrambi abbastanza vicini da sondare il gas dell'alone. Ancora di più, entrambi i quasar sono proiettati sullo stesso lato della galassia in modo che la loro luce possa essere bloccata dallo stesso flusso a due diverse distanze angolari." Dice Fu. "Quindi, Mi ritengo estremamente fortunato che la natura ci abbia fornito l'opportunità di rilevare questa importante arteria che conduce al cuore di una galassia fenomenale durante la sua adolescenza".

Lo studio, "Un lungo flusso di gas freddo povero di metalli attorno a una massiccia galassia starburst a Z=2,67, " è stato pubblicato online nel Giornale Astrofisico 24 febbraio.