Le prime galassie massicce, quelle che si sono formate nei 3 miliardi di anni successivi al Big Bang, avrebbero dovuto contenere grandi quantità di gas idrogeno freddo, il carburante necessario per fare le stelle. Ma gli scienziati che osservano l'universo primordiale con l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) e il telescopio spaziale Hubble hanno individuato qualcosa di strano:una mezza dozzina di galassie massicce primitive che hanno esaurito il carburante. I risultati della ricerca sono pubblicati oggi in Natura .

Conosciute come galassie "spegne" - o galassie che hanno interrotto la formazione stellare - le sei galassie ad alto redshift che sono state selezionate per l'osservazione dall'indagine REQUIEM non sono coerenti con ciò che gli astronomi si aspettano dall'universo primordiale.

"Le galassie più massicce dell'universo vivevano veloci e furiose, creando le loro stelle in un lasso di tempo straordinariamente breve. Gas, il carburante della formazione stellare, dovrebbe essere abbondante in questi primi tempi nell'universo, "ha detto Kate Whitaker, autore principale dello studio, e assistente professore di astronomia presso l'Università del Massachusetts, Amherst. "Inizialmente credevamo che queste galassie spente avessero frenato solo pochi miliardi di anni dopo il Big Bang. Nella nostra nuova ricerca, abbiamo concluso che le prime galassie non hanno effettivamente messo i freni, ma piuttosto, stavano correndo a vuoto."

Per capire meglio come si sono formate e morte le galassie, il team li ha osservati utilizzando Hubble, che ha rivelato dettagli sulle stelle che risiedono nelle galassie. Osservazioni simultanee con ALMA hanno rivelato l'emissione continua delle galassie, un tracciante di polvere, a lunghezze d'onda millimetriche, permettendo al team di dedurre la quantità di gas nelle galassie. L'uso dei due telescopi è da un'attenta progettazione, poiché lo scopo di REQUIEM è utilizzare una forte lente gravitazionale come un telescopio naturale per osservare le galassie dormienti con una risoluzione spaziale maggiore. Questo, a sua volta, offre agli scienziati una visione chiara degli avvenimenti interni delle galassie, un compito spesso impossibile con quelli in esecuzione a vuoto.

"Se una galassia non produce molte nuove stelle, diventa molto debole molto velocemente, quindi è difficile o impossibile osservarle in dettaglio con un singolo telescopio. REQUIEM risolve questo problema studiando le galassie con lenti gravitazionali, il che significa che la loro luce viene allungata e ingrandita mentre si piega e si deforma intorno ad altre galassie molto più vicine alla Via Lattea, "ha detto Justin Spilker, un coautore del nuovo studio, e un borsista post-dottorato della NASA Hubble presso l'Università del Texas ad Austin. "In questo modo, lente gravitazionale, unito al potere risolutivo e alla sensibilità di Hubble e ALMA, agisce come un telescopio naturale e fa apparire queste galassie morenti più grandi e luminose di quanto non siano in realtà, permettendoci di vedere cosa sta succedendo e cosa no".

Le nuove osservazioni hanno mostrato che la cessazione della formazione stellare nelle sei galassie bersaglio non è stata causata da un'improvvisa inefficienza nella conversione del gas freddo in stelle. Anziché, era il risultato dell'esaurimento o della rimozione dei giacimenti di gas nelle galassie. "Non abbiamo ancora capito perché questo accade, ma le possibili spiegazioni potrebbero essere che la fornitura primaria di gas che alimenta la galassia sia interrotta, o forse un buco nero supermassiccio sta iniettando energia che mantiene caldo il gas nella galassia, "ha detto Christina Williams, un astronomo dell'Università dell'Arizona e coautore della ricerca. "Essenzialmente, questo significa che le galassie non sono in grado di riempire il serbatoio del carburante, e quindi, impossibile riavviare il motore con la produzione stellare."

Lo studio rappresenta anche una serie di importanti primati nella misurazione delle prime galassie massicce, sintetizzando informazioni che guideranno gli studi futuri dell'universo primordiale negli anni a venire. "Queste sono le prime misurazioni del continuum di polvere fredda di lontane galassie dormienti, e infatti, le prime misurazioni di questo tipo al di fuori dell'universo locale, " ha detto Whitaker, aggiungendo che il nuovo studio ha permesso agli scienziati di vedere quanto gas hanno le singole galassie morte. "Siamo stati in grado di sondare il carburante della formazione stellare in queste prime massicce galassie abbastanza profonde da effettuare le prime misurazioni della lettura del serbatoio del gas, dandoci un punto di vista criticamente mancante delle proprietà del gas freddo di queste galassie".

Sebbene il team ora sappia che queste galassie sono vuote e che qualcosa impedisce loro di riempire il serbatoio e di formare nuove stelle, lo studio rappresenta solo il primo di una serie di indagini su ciò che ha fatto andare le prime galassie massicce, o no. "Abbiamo ancora così tanto da imparare sul perché le galassie più massicce si siano formate così presto nell'universo e perché abbiano interrotto la loro formazione stellare quando così tanto gas freddo era prontamente disponibile per loro, "ha detto Whitaker. "Il semplice fatto che queste enormi bestie del cosmo abbiano formato 100 miliardi di stelle in circa un miliardo di anni e poi abbiano improvvisamente interrotto la loro formazione stellare è un mistero che tutti vorremmo risolvere, e REQUIEM ha fornito il primo indizio."