Utilizzando simulazioni di idrodinamica della radiazione tridimensionale ad alta risoluzione e un modello fisico dettagliato della supernova eseguito su supercomputer, un gruppo di ricerca guidato dal Dr. Ke-Jung Chen dell'Istituto di Astronomia e Astrofisica, Academia Sinica (ASIAA) ha rivelato che le proprietà fisiche delle prime galassie sono determinate in modo critico dalle masse delle prime stelle. Il loro studio è pubblicato su The Astrophysical Journal .
Si prevede che l'alba cosmica sia iniziata circa 200-400 milioni di anni dopo il Big Bang, segnando la fine dei secoli bui cosmici con l'illuminazione delle prime stelle (stelle Pop III) e delle galassie. Basato sulla cosmologia moderna, l'assemblaggio gerarchico degli aloni di materia oscura (DM) fornisce pozzi gravitazionali che facilitano la formazione di gas primordiali, dando origine alla nascita delle prime stelle all'interno di mini aloni DM con masse di circa 1 milione di masse solari.
Dopo l’emergere delle prime stelle, l’iniezione di radiazioni, metalli e massa da parte di queste stelle e delle loro supernovae innesca un processo di trasformazione, facendo evolvere il semplice universo primordiale in uno stato di crescente complessità. L'alba cosmica simboleggia la seconda fase di transizione dopo il Big Bang. Tuttavia, la transizione cruciale dalle singole prime stelle alla formazione delle prime galassie rimane un enigma centrale nell'astrofisica moderna.
Quando gli aloni DM raggiungono masse di circa 1 miliardo di masse solari attraverso l’assemblaggio gerarchico della formazione delle strutture, diventano abbastanza massicci da sostenere cicli successivi di nascita ed esplosione stellare. Ciò segna l'emergere delle prime galassie, poiché possono mantenere la formazione stellare senza perdere tutto il carburante nel mezzo intergalattico.
La formazione di queste prime galassie non è influenzata solo dall'evoluzione del DM ma anche dalla scoraggiante fisica del gas. Il complesso feedback chimico, radiativo e meccanico delle prime stelle e delle loro supernove ha svolto un ruolo cruciale nella formazione delle popolazioni stellari nelle prime galassie.
Affrontando questo problema significativo, il dottor Ke-Jung Chen ha guidato il gruppo dedicato all'esplosione utilizzando potenti supercomputer per condurre simulazioni di idrodinamica delle radiazioni 3D ad alta risoluzione, incorporando la fisica dettagliata delle supernova per modellare la formazione delle prime galassie.
I loro risultati rivelano che le proprietà fisiche delle prime galassie sono determinate dalle masse delle prime stelle. Le supernovae delle prime stelle massicce producono più metalli, influenzando il gas primordiale raffreddandolo e consentendo la formazione di stelle di piccola massa.
In contrasto con la grande struttura a spirale della nostra Via Lattea, queste prime galassie mostrano forme irregolari senza supporto rotazionale. All'interno delle loro regioni centrali si possono formare da poche centinaia a poche migliaia di stelle di seconda generazione (stelle Pop II). La metallicità del gas nelle prime galassie è stata arricchita fino a circa 0,01 metallicità solare.
Le simulazioni suggeriscono anche che le prime stelle non erano una componente predominante della maggior parte delle prime galassie, poiché il gas negli aloni massicci era tipicamente inquinato dai metalli di altre supernove Pop III durante l'assemblaggio gerarchico prima di collassare in stelle incontaminate.
Queste prime galassie sono considerate il punto di riferimento dell’alba cosmica e la loro rilevazione diretta nell’universo è un obiettivo significativo per il James Webb Space Telescope (JWST) e i prossimi telescopi terrestri da 30 metri. Questa scoperta fornisce un ponte tra la scomparsa delle prime stelle e l'emergere delle prime galassie, offrendo preziose informazioni sulla fisica dell'alba cosmica.
Ulteriori informazioni: Ke-Jung Chen et al, Come le supernove della popolazione III hanno determinato le proprietà delle prime galassie, The Astrophysical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad2684
Fornito da ASIAA
