Rappresentazione artistica di uno starburst avvolto dalla polvere. Credito:ESO/M. Kornmesser
Utilizzando più radiotelescopi in tutto il mondo, un team di astronomi del Cosmic Dawn Center di Copenaghen ha scoperto diverse galassie nell'universo primordiale che, a causa di enormi quantità di polvere, erano nascoste alla nostra vista. Le osservazioni hanno permesso al team di misurare la temperatura e lo spessore della polvere, dimostrando che questo tipo di galassie ha contribuito in modo significativo alla formazione stellare totale quando l'universo aveva solo 1/10 della sua età attuale.
Misurare la velocità con cui le stelle nascono nelle galassie nel tempo cosmico è uno dei modi fondamentali in cui gli astronomi descrivono le proprietà e l'evoluzione delle galassie.
Vengono utilizzati vari metodi per stimare questo cosiddetto tasso di formazione stellare, in genere a seconda della luce emessa dalle stelle o dalla materia illuminata dalle stelle.
Polvere cosmica
Tuttavia, le stelle che si formano tendono, a loro volta, a creare polvere, particelle fatte di elementi pesanti come carbonio, silicio, ossigeno e ferro. La polvere appare come nuvole spesse nello spazio tra le stelle, forse nascondendo completamente le stelle ai nostri occhi.
Ciò rende difficile ottenere un censimento del tasso di formazione stellare soprattutto nelle giovani galassie "starburst", dove la polvere non ha ancora avuto il tempo di disperdersi lontano dai siti compatti di formazione stellare.
Quando la polvere viene riscaldata dalle stelle, inizia a brillare di luce infrarossa a lunghezza d'onda lunga che, sebbene invisibile all'occhio umano, può essere rilevata dai telescopi progettati per osservare queste lunghezze d'onda.
Ma per gli starburst più compatti e avvolti dalla polvere, vediamo solo la superficie delle nuvole. Queste galassie sono invisibili non solo alle lunghezze d'onda ottiche "percepibili dall'uomo", ma anche all'inizio dello spettro infrarosso, completamente oscure anche per il telescopio spaziale Hubble.
Sei diverse viste della stessa galassia (ID12646), viste meno di un miliardo di anni dopo il Big Bang, a lunghezze d'onda progressivamente più lunghe. Le prime due immagini mostrano, o meglio non mostrano, la galassia nel vicino infrarosso; la galassia è completamente invisibile. Solo guardando le lunghezze d'onda più lunghe viene rivelata la galassia. Credito:Shuowen Jin / Peter Laursen
Galassie alla radio
Un team di astronomi, guidato da Shuowen Jin (靳硕文), borsista post-dottorato Marie Curie presso il Cosmic Dawn Center, e tra cui molti altri DAWNers, ha quindi deciso di dare un'occhiata all'universo primordiale a lunghezze d'onda ancora più lunghe, utilizzando le antenne radio/microonde in due dei più grandi osservatori radiofonici del mondo, l'Atacama Large Millimeter Array (ALMA) in Cile e il Northern Extended Millimeter Array (NOEMA) in Francia.
Insieme alle osservazioni dello stesso campo del cielo acquisite con altri radiotelescopi, le osservazioni di Jin hanno rivelato una popolazione di galassie starburst compatte, avvolte da nubi di polvere estremamente spesse.
Attraverso le nuvole
Le osservazioni radio e microonde hanno permesso agli astronomi di misurare il tasso di formazione stellare e la temperatura della polvere.
"In queste epoche, 1-2 miliardi di anni dopo il Big Bang, galassie come queste hanno contribuito in modo significativo al tasso di formazione stellare totale dell'universo, ma passano inosservate nelle osservazioni ottiche e nel vicino infrarosso", afferma Shuowen Jin.
Lo studio spiega perché queste galassie sono così scure nell'ottica e nell'infrarosso:"Poiché le nubi di polvere sono così dense e dense, la luce ottica e del vicino infrarosso non può attraversarla. Anche la luce del lontano infrarosso viene parzialmente assorbita", spiega Shuowen Jin.
Le osservazioni rivelano non solo polvere, ma anche molecole di monossido (CO), mescolate all'interno delle nuvole. La luce emessa dalla CO può aiutare gli astronomi a sondare un'altra importante quantità di galassie, ovvero la massa di tutto il gas nella galassia. Tuttavia, uno dei risultati chiave del lavoro di Jin e dei suoi collaboratori è che il modo standard per dedurre le masse di gas dalle emissioni di CO è errato:
La luce osservata viene emessa dalle superfici delle nuvole polverose. I modelli tipici non considerano che la luce sia bloccata all'interno delle nuvole, cambiando la sua lunghezza d'onda prima che fuoriesca. Tenere conto di questo effetto ha implicazioni piuttosto drastiche:
"Il nostro modello tiene conto del fatto che anche la luce infrarossa non fuoriesce direttamente dal centro delle nubi di polvere. Questo ci mostra che le stime precedenti delle masse di gas sono state sovrastimate di un fattore 2–3 in ambienti compatti, polverosi, stellati. formare galassie", spiega Shuowen Jin.
Lo studio è stato appena accettato per la pubblicazione in Astronomy &Astrophysics . Una prestampa è disponibile su arXiv.org. + Esplora ulteriormente
