Gli scienziati che utilizzano l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un osservatorio internazionale cooperato dal National Radio Astronomy Observatory (NRAO) della National Science Foundation degli Stati Uniti, hanno osservato una quantità significativa di gas freddo e neutro nelle regioni esterne dei giovani galassia A1689-zD1, così come i deflussi di gas caldo provenienti dal centro della galassia. Questi risultati potrebbero far luce su una fase critica dell'evoluzione galattica per le prime galassie, in cui le giovani galassie iniziano la trasformazione per essere sempre più simili alle loro cugine successive e più strutturate. Le osservazioni sono state presentate oggi in una conferenza stampa al 240° meeting dell'American Astronomical Society (AAS) a Pasadena, in California, e saranno pubblicate in una prossima edizione di The Astrophysical Journal (ApJ).

A1689-zD1, una giovane galassia attiva di formazione stellare leggermente meno luminosa e meno massiccia della Via Lattea, si trova a circa 13 miliardi di anni luce dalla Terra nell'ammasso della costellazione della Vergine. È stato scoperto nascosto dietro l'ammasso di galassie Abell 1689 nel 2007 e confermato nel 2015 grazie alle lenti gravitazionali, che hanno amplificato la luminosità della giovane galassia di oltre 9 volte. Da allora, gli scienziati hanno continuato a studiare la galassia come possibile analogo per l'evoluzione di altre galassie "normali". Quell'etichetta - "normale" - è un'importante distinzione che ha aiutato i ricercatori a dividere i comportamenti e le caratteristiche di A1689-zD1 in due secchi:tipico e non comune, con le caratteristiche non comuni che imitano quelle delle galassie successive e più massicce.

"A1689-zD1 si trova nell'universo primordiale, solo 700 milioni di anni dopo il Big Bang. Questa è l'era in cui le galassie stavano appena iniziando a formarsi", ha detto Hollis Akins, studente universitario in astronomia al Grinnell College e autore principale della ricerca. "Quello che stiamo vedendo in queste nuove osservazioni è la prova di processi che possono contribuire all'evoluzione di quelle che chiamiamo galassie normali rispetto a galassie massicce. Ancora più importante, questi processi sono quelli che non credevamo applicati a queste galassie normali. "

Uno di questi processi non comuni è la produzione e la distribuzione da parte della galassia di combustibile per la formazione stellare, e potenzialmente molto di esso. Il team ha utilizzato il ricevitore Band 6 altamente sensibile di ALMA per individuare un alone di gas carbonio che si estende ben oltre il centro della giovane galassia. Ciò potrebbe essere la prova della formazione stellare in corso nella stessa regione o il risultato di interruzioni strutturali, come fusioni o deflussi, nelle prime fasi della formazione della galassia.

Secondo Akins, questo è insolito per le prime galassie. "Il gas di carbonio che abbiamo osservato in questa galassia si trova in genere nelle stesse regioni del gas idrogeno neutro, che è anche il luogo in cui tendono a formarsi nuove stelle. Se questo è il caso di A1689-zD1, la galassia è probabilmente molto più grande di quanto si pensasse in precedenza . È anche possibile che questo alone sia un residuo della precedente attività galattica, come fusioni che hanno esercitato complesse forze gravitazionali sulla galassia portando all'espulsione di molto gas neutro a queste grandi distanze.In entrambi i casi, la prima evoluzione di questo La galassia era probabilmente attiva e dinamica e stiamo imparando che questo potrebbe essere un tema comune, sebbene in precedenza non osservato, nella formazione delle prime galassie".

Più che insolita, la scoperta potrebbe avere implicazioni significative per lo studio dell'evoluzione galattica, in particolare poiché le osservazioni radio rivelano dettagli invisibili a lunghezze d'onda ottiche. Seiji Fujimoto, ricercatore post-dottorato presso il Cosmic Dawn Center del Niels Bohr Institute, e coautore della ricerca, ha affermato:"L'emissione del gas di carbonio in A1689-zD1 è molto più estesa di quanto osservato con il telescopio spaziale Hubble, e questo potrebbe significare che le prime galassie non sono così piccole come sembrano. Se, in effetti, le prime galassie sono più grandi di quanto credessimo in precedenza, ciò avrebbe un impatto importante sulla teoria della formazione e dell'evoluzione delle galassie nell'universo primordiale".

Guidato da Akins, il team ha anche osservato deflussi di gas caldo e ionizzato, comunemente causati da una violenta attività galattica come le supernove, che si spingono verso l'esterno dal centro della galassia. È possibile, data la loro natura potenzialmente esplosiva, che i deflussi abbiano qualcosa a che fare con l'alone di carbonio. "I deflussi si verificano a seguito di attività violente, come l'esplosione di supernove - che fanno esplodere materiale gassoso vicino fuori dalla galassia - o buchi neri al centro delle galassie - che hanno forti effetti magnetici che possono espellere materiale in potenti getti. Perché di questo, c'è una forte possibilità che i deflussi caldi abbiano qualcosa a che fare con la presenza dell'alone di carbonio freddo", ha affermato Akins. "E ciò evidenzia ulteriormente l'importanza della natura multifase, o da calda a fredda, del gas in uscita".

Darach Watson, professore associato presso il Cosmic Dawn Center del Niels Bohr Institute, e coautore della nuova ricerca, ha confermato A1689-zD1 come una galassia ad alto spostamento verso il rosso nel 2015, rendendola la galassia polverosa più lontana conosciuta. "Abbiamo visto questo tipo di emissione di alone di gas esteso da galassie che si sono formate più tardi nell'universo, ma vederlo in una galassia così primitiva significa che questo tipo di comportamento è universale anche nelle galassie più modeste che formavano la maggior parte delle stelle nell'Universo Capire come si sono verificati questi processi in una galassia così giovane è fondamentale per capire come avviene la formazione stellare nell'universo primordiale".

Kirsten Knudsen, professoressa di astrofisica presso il Dipartimento di Spazio, Terra e Ambiente presso la Chalmers University of Technology, e coautrice della ricerca, ha trovato prove del continuum di polvere di A1689-zD1 nel 2017. Knudsen ha sottolineato il ruolo fortuito dell'estremo gravitazionale obiettivo nel rendere possibile ogni nuova scoperta nella ricerca. "Poiché A1689-zD1 è ingrandito più di nove volte, possiamo vedere dettagli critici che sarebbero altrimenti difficili da osservare nelle osservazioni ordinarie di galassie così lontane. In definitiva, quello che stiamo vedendo qui è che le galassie dell'universo primordiale sono molto complesse, e questo galaxy continuerà a presentare nuove sfide e risultati di ricerca per qualche tempo".

Il Dr. Joe Pesce, responsabile del programma NSF per ALMA, ha aggiunto:"Questa affascinante ricerca ALMA si aggiunge a un numero crescente di risultati che indicano che le cose non sono proprio come ci aspettavamo nell'universo primordiale, ma sono comunque davvero interessanti ed eccitanti".

La spettroscopia e le osservazioni a infrarossi di A1689-zD1 sono previste per gennaio 2023, utilizzando la NIRSpec Integral Field Unit (IFU) e NIRCam sul James Webb Space Telescope. Le nuove osservazioni integreranno i precedenti dati HST e ALMA, offrendo uno sguardo multi-lunghezza d'onda più profondo e completo alla giovane galassia. + Esplora ulteriormente

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