Un team internazionale di scienziati guidato dal Center for Astrobiology (CAB, CSIC-INTA), con la partecipazione dell'Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ha utilizzato il Gran Telescopio Canarias (GTC) per studiare un campione rappresentativo di galassie, sia disco che sferoidale, in una zona di cielo profondo nella costellazione dell'Orsa Maggiore per caratterizzare le proprietà delle popolazioni stellari dei rigonfiamenti galattici. I ricercatori sono riusciti a determinare la modalità di formazione e sviluppo di queste strutture galattiche. I risultati di questo studio sono stati recentemente pubblicati in Il Giornale Astrofisico .

I ricercatori hanno concentrato il loro studio su dischi massicci e galassie sferoidali, utilizzando i dati di imaging del telescopio spaziale Hubble e i dati spettroscopici del progetto SARDS (Survey for High-z Absorption Red and Dead Sources), un programma di osservazioni sull'intera regione GOODS-N (Great Observatories Origins Deep Survey—North) attraverso 25 diversi filtri presi con lo strumento OSIRIS sul Gran Telescopio Canarias (GTC), il più grande telescopio ottico e infrarosso del mondo, all'Osservatorio del Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma, Isole Canarie).

L'analisi dei dati ha permesso ai ricercatori di scoprire qualcosa di inaspettato:i rigonfiamenti delle galassie a disco si sono formati in due onde. Un terzo dei rigonfiamenti nelle galassie a disco si è formato al redshift 6.2, che corrisponde a una prima epoca dell'Universo, quando aveva solo il 5% della sua età attuale, circa 900 milioni di anni. "Questi rigonfiamenti sono le reliquie delle prime strutture formatesi nell'Universo, che abbiamo trovato nascosto nelle galassie a disco locali", spiega Luca Costantin, ricercatore presso il CAB nell'ambito di un programma di Attrarre Talenti della Comunità di Madrid, e il primo autore sulla carta.

Ma al contrario, quasi due terzi dei rigonfiamenti osservati mostrano un valore medio di redshift intorno a 1,3, il che significa che si sono formati molto più recentemente, corrispondente a un'età di quattro miliardi di anni, o quasi il 35% dell'età dell'Universo.

Una caratteristica peculiare che permette di distinguere le due onde è che i rigonfiamenti centrali della prima onda, i vecchi rigonfiamenti, sono più compatti e densi di quelli formatisi nel secondo, ondata più recente. Inoltre, i dati delle galassie sferoidali nel campione mostrano un valore medio di redshift di 1,1, il che suggerisce che si siano formati nello stesso tempo generale dei rigonfiamenti della seconda ondata.

Per Jairo Mendez Abreu, ricercatore presso l'Università di Granada (UGR) e coautore dell'articolo, che in precedenza era un ricercatore post-dottorato Severo Ochoa presso l'IAC, "l'idea alla base della tecnica utilizzata per osservare le stelle nel rigonfiamento centrale è abbastanza semplice, ma non è stato possibile applicarlo fino al recente sviluppo di metodi che hanno permesso di separare la luce dalle stelle nel rigonfiamento centrale da quelle nel disco, nello specifico gli algoritmi GASP2D e C2D, che abbiamo sviluppato di recente e che ci hanno permesso di raggiungere una precisione senza precedenti".

Un altro importante risultato dello studio è che le due onde di formazione del rigonfiamento differiscono non solo in termini di età delle loro stelle, ma anche in termini di tassi di formazione stellare. I dati indicano che le stelle nei rigonfiamenti della prima ondata si sono formate rapidamente, su scale temporali tipicamente di 200 milioni di anni. Anzi, una frazione significativa delle stelle nei rigonfiamenti della seconda onda ha richiesto tempi di formazione cinque volte più lunghi, qualche migliaio di milioni di anni.

"Abbiamo scoperto che l'Universo ha due modi per formare le zone centrali delle galassie come la nostra:iniziare presto e agire molto rapidamente, o prendendo tempo per iniziare, ma alla fine formando un gran numero di stelle in quello che conosciamo come il rigonfiamento", commenta Pablo G. Pérez González, un ricercatore del CAB, e Principal Investigator del progetto SARDS, che ha fornito dati essenziali per questo studio. Nelle parole di Antonio Cabrera, il capo delle operazioni scientifiche presso il GTC, "SHARDS è un perfetto esempio di ciò che è possibile grazie alla combinazione dell'enorme capacità di raccolta del GTC e delle condizioni straordinarie dell'Osservatorio del Roque de los Muchachos, per produrre 180 ore di dati con una qualità dell'immagine così eccellente, essenziale per il rilevamento degli oggetti qui analizzati".

Come descritto da Paola Dimauro, ricercatore presso l'Osservatorio Nazionale del Brasile e coautore di questo articolo, "questo studio ci ha permesso di esplorare l'evoluzione morfologica e la storia dell'assemblaggio dei componenti strutturali delle galassie, analogo agli studi archeologici, analizzando le informazioni codificate nei milioni di stelle di ogni galassia. Il punto interessante è stato scoprire che non tutte le strutture si sono formate contemporaneamente, o allo stesso modo".

I risultati di questo studio hanno permesso agli osservatori di stabilire un curioso parallelo tra la formazione e l'evoluzione nel tempo degli studi sulle galassie a disco e la creazione e lo sviluppo di una grande città nel corso dei secoli. Così come scopriamo che alcune grandi città hanno centri storici, che sono più antichi e ospitano gli edifici più antichi in stradine ingombranti, i risultati di questo lavoro suggeriscono che alcuni dei centri di galassie a dischi massicci ospitano alcuni dei più antichi sferoidi formati nell'Universo, che hanno continuato ad acquisire materiale, formando i dischi più lentamente, la nuova periferia della città nella nostra analogia.