Utilizzando il Very Large Telescope e il radiotelescopio ALMA in Cile, un team di astronomi, tra cui i ricercatori del Niels Bohr Institute, ha scoperto uno sciame di galassie in orbita attorno a una galassia iperluminosa e vigorosa di formazione stellare nell'universo primordiale. L'osservazione fornisce indizi importanti su come crescono le galassie eccezionalmente luminose e su come si evolvono in quasar energetici, irradiando luce attraverso la maggior parte dell'universo osservabile.

Una questione fondamentale in astronomia è la questione di come le galassie si formano, crescono e si evolvono.

Come parte della loro evoluzione, la maggior parte delle galassie sembra favorire un buco nero supermassiccio al centro. Questi mostri gravitazionali occasionalmente inghiottono gas e stelle nelle vicinanze, emettendo energia in eccesso sotto forma di potenti getti, un fenomeno noto come quasar.

Dalla galassia al quasar

Molti dettagli sulla transizione dalle galassie "normali" ai quasar sono ancora sconosciuti. Ma in un nuovo studio pubblicato su Nature Communications , un team di astronomi guidato da Michele Ginolfi presso l'ESO, Garching, potrebbe essersi avvicinato di più alla comprensione di questa evoluzione.

"Prima di evolversi in un vero e proprio quasar, si pensa che alcune galassie attraversino una fase in cui sono molto polverose e molto 'attive' in termini di formazione stellare e accrescimento di gas sui loro buchi neri supermassicci centrali", spiega Ginolfi. "Ci siamo proposti di progettare un esperimento per saperne di più su questa fase di transizione."

Ginolfi e i suoi collaboratori si sono concentrati su una galassia già nota, W0410-0913, una delle galassie più luminose, massicce e ricche di gas dell'universo lontano, vista 12 miliardi di anni indietro nel tempo.

La polvere viene riscaldata dall'energia della luce stellare e dal buco nero centrale, facendola brillare e divulgando la galassia attraverso la sua luce infrarossa. Ciò ha portato questo tipo di galassie a essere chiamate galassie oscurate dalla polvere calda (conosciute colloquialmente anche come "hot DOG").

Galassie in 3D

Poiché l'evoluzione delle galassie è intrinsecamente connessa con l'ambiente circostante, Ginolfi e il suo team, il cui nucleo in qualche modo atipico era costituito principalmente da ricercatori all'inizio della carriera, hanno deciso di osservare W0410-0913 con lo strumento "MUSE" al Very Large Telescope (VLT) in Cile . Questo strumento avanzato ha permesso loro di studiare una regione 40 volte più ampia della galassia stessa.

Peter Laursen del Cosmic Dawn Center di Copenaghen ha partecipato allo studio. Spiega:"Le osservazioni hanno rivelato che W0410-0913 è circondato da uno sciame di non meno di 24 galassie più piccole. La cosa interessante dello strumento MUSE è che possiamo misurare non solo la loro posizione nel cielo, ma anche la loro distanza lungo il nostro linea di vista. In altre parole, possiamo misurare le loro posizioni 3D."

Sebbene ciò implichi che W0410-0913 risieda in una regione almeno dieci volte più densa dell'universo medio, ciò non è del tutto inaspettato, poiché si pensa che gli hot DOG vivano in ambienti densi.

Un incidente automobilistico galattico

Inoltre, mentre W0410-0913 è visto in un momento in cui l'universo aveva 1/8 della sua età attuale, è già dieci volte più massiccio della nostra galassia, la Via Lattea. La crescita di una galassia così grande in così poco tempo e l'alimentazione di un buco nero supermassiccio richiede una fornitura sostanziale di materiale fresco. Tutto ciò si adatta bene al quadro convenzionale secondo cui le galassie massicce crescono accrescendo gas e galassie satelliti, attratte dallo spazio intergalattico dalla loro immensa gravità.

In effetti, in un ambiente così denso, il tasso di interazioni e fusioni delle galassie dovrebbe essere molto alto. Esposti a un tale bombardamento, gli astronomi prevedevano che il W0410-0913 fosse un relitto d'auto formato da grumi di gas e stelle che vorticavano caoticamente.

Tuttavia, scavando nelle vecchie osservazioni ottenute dalle antenne radio ALMA situate a soli 300 km a nord-est del VLT, Ginolfi e i suoi colleghi hanno potuto misurare il movimento interno del gas all'interno di W0410-0913.

E qui è emerso un quadro completamente diverso.

Lanciare sassi contro una lastra di vetro

Sorprendentemente, le osservazioni di ALMA hanno rivelato che W0410-0913 sembra non essere stato affatto disturbato dalle interazioni con le galassie compagne. Secondo le osservazioni, il gas ruota bene e in modo ordinato attorno al buco nero centrale. Ordinato, ma sorprendentemente veloce, con velocità che raggiungono i 500 km/s.

"Abbinando i risultati dei due telescopi molto diversi, vediamo un quadro di come possono evolversi le galassie più massicce e polverose. Questo tipo di galassie, uno stadio vitale nel passaggio da una galassia polverosa e di formazione stellare a un quasar, tende a crescere in ambienti molto densi", afferma Ginolfi. "Tuttavia, nonostante la prevista frequente fusione con altre galassie, queste interazioni gravitazionali non sono necessariamente distruttive:alimentano la galassia centrale e fanno roteare un po' il gas, ma lo lasciano praticamente intatto. Un po' come lanciare piccoli sassolini contro una lastra di solido vetro:potresti graffiarlo, ma non romperlo…”

Michele Ginolfi's observations offer first clues on the multi-scale process that drive the evolution of the rare and extreme population of hot dust-obscured galaxies. They grow in dense, special habitats, but the interaction with their companions can be gentle.

As a parable to this galactic car crash, the study came close to not being conducted at all, when Michele Ginolfi got stuck in a traffic jam in Rome's traffic, having to submit the proposal using his phone from his car, minutes before the deadline. + Esplora ulteriormente

Supermassive black holes inside dying galaxies detected in early universe