L'osservatorio aereo SOFIA della NASA ha consentito a un team di astronomi guidato dall'UCI di studiare le emissioni infrarosse di cinque galassie vicine. I ricercatori hanno trovato più metallo del previsto nel mezzo intergalattico, un risultato che sarebbe stato difficile da ottenere senza il potere di vedere la radiazione infrarossa attraverso la spessa polvere galattica. Credito:Jim Ross / NASA
Una comprensione approfondita dell'evoluzione delle galassie dipende in parte da una misurazione accurata dell'abbondanza di metalli nel mezzo intergalattico, lo spazio tra le stelle, ma la polvere può impedire le osservazioni a lunghezze d'onda ottiche. Un team internazionale di astronomi dell'Università della California, di Irvine, dell'Università di Oxford in Inghilterra e di altre istituzioni hanno scoperto prove di elementi più pesanti nelle galassie locali, ritenuti carenti in studi precedenti, analizzando i dati sull'infrarosso raccolti durante una campagna pluriennale.
Per un articolo pubblicato di recente su Nature Astronomy, i ricercatori hanno esaminato cinque galassie che sono deboli nelle lunghezze d'onda visibili ma trilioni di volte più luminose del sole nell'infrarosso. Le interazioni tra queste galassie e i sistemi stellari vicini provocano lo spostamento del gas e il collasso, creando le condizioni per una prodigiosa formazione stellare.
"Studiando il contenuto di gas di queste galassie con strumenti ottici, gli astronomi erano convinti che fossero significativamente povere di metalli rispetto ad altre galassie di massa simile", ha affermato l'autrice principale Nima Chartab, ricercatrice post-dottorato dell'UCI in fisica e astronomia. "Ma quando abbiamo osservato le righe di emissione di queste galassie polverose a lunghezze d'onda dell'infrarosso, ci è stata offerta una visione chiara di esse e non abbiamo riscontrato carenze significative di metalli".
Per determinare l'abbondanza di metalli in fase gassosa nel mezzo intergalattico, gli astronomi hanno cercato di acquisire dati sui rapporti tra proxy, ossigeno e azoto, perché le emissioni infrarosse di questi elementi sono meno oscurate dalla polvere galattica.
"Stiamo cercando prove del ciclo barionico in cui le stelle elaborano elementi come idrogeno ed elio per produrre carbonio, azoto e ossigeno", ha affermato la coautrice Asantha Cooray, professoressa di fisica e astronomia dell'UCI. "Le stelle alla fine diventano supernove ed esplodono e poi tutto quel gas alla periferia delle stelle viene trasformato in nuvole che vengono lanciate in giro. Il materiale in esse è sciolto e diffuso ma alla fine a causa delle perturbazioni gravitazionali causate da altre stelle in movimento, il gas inizierà ad aggregarsi e collassare, portando alla formazione di nuove stelle."
L'osservazione di questo processo nelle lunghezze d'onda dell'infrarosso è una sfida per gli astronomi perché il vapore acqueo nell'atmosfera terrestre blocca le radiazioni su questa parte dello spettro elettromagnetico, rendendo insufficienti le misurazioni anche dai telescopi terrestri più alti, come quelli dell'Osservatorio Keck alle Hawaii.
Parte del set di dati utilizzato dal team proveniva dall'ormai in pensione Herschel Space Telescope, ma Herschel non era dotato di uno spettrometro in grado di leggere una riga di emissione specifica di cui il team guidato dall'UCI aveva bisogno per il suo studio. La soluzione dei ricercatori era prendere il volo, raggiungendo più di 45.000 piedi sul livello del mare, nello Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, il Boeing 747 della NASA dotato di un telescopio di 2,5 metri.
"Ci sono voluti quasi tre anni per raccogliere tutti i dati utilizzando l'osservatorio SOFIA della NASA, perché questi voli non durano tutta la notte; sono più nell'intervallo di 45 minuti di osservazione, quindi lo studio ha preso molto volo pianificazione e coordinamento", ha affermato Cooray.
Analizzando le emissioni infrarosse, i ricercatori sono stati in grado di confrontare la metallicità delle loro galassie infrarosse ultraluminose bersaglio con galassie meno polverose con massa simile e tassi di formazione stellare. Chartab ha spiegato che questi nuovi dati mostrano che le galassie infrarosse ultraluminose sono in linea con la relazione fondamentale di metallicità determinata dalla massa stellare, dall'abbondanza di metalli e dal tasso di formazione stellare.
I nuovi dati mostrano inoltre che la sottoabbondanza di metalli derivati dalle linee di emissione ottica è probabilmente dovuta a "l'oscuramento di polvere pesante associato allo starburst", secondo il documento.
"Questo studio è un esempio in cui è stato fondamentale per noi utilizzare questa lunghezza d'onda dell'infrarosso per ottenere una piena comprensione di ciò che sta accadendo in alcune di queste galassie", ha affermato Cooray. "Quando le osservazioni ottiche inizialmente sono emerse suggerendo che queste galassie avevano metalli bassi, i teorici sono andati a scrivere articoli, c'erano molte simulazioni che cercavano di spiegare cosa stava succedendo. La gente ha pensato, 'Forse sono davvero galassie a basso contenuto di metalli',' ma abbiamo scoperto che non è così. Avere una visione completa dell'universo attraverso l'intero spettro elettromagnetico è davvero cruciale, credo". + Esplora ulteriormente
