Disco rotante massiccio nell’universo primordiale …

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Disco rotante massiccio nell’universo primordiale scoperto dal più grande radiotelescopio del mondo

Nel nostro universo di 13,8 miliardi di anni, la maggior parte delle galassie come la nostra Via Lattea si forma gradualmente, raggiungendo la loro grande massa relativamente tardi. Ma una nuova scoperta fatta con l’ Atacama Large Millimeter / submillimeter Array ( ALMA ) di un’enorme galassia a disco rotante, vista quando l’universo era solo il dieci percento della sua era attuale, sfida i tradizionali modelli di formazione della galassia. Questa ricerca appare il 20 maggio 2020 sulla rivista Nature .

Impressione dell’artista del Disco Wolfe, un’enorme galassia a disco rotante nell’universo antico e polveroso. La galassia fu inizialmente scoperta quando ALMA esaminò la luce da un quasar più distante (in alto a sinistra). Credito: NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello

Galaxy DLA0817g, soprannominato il disco di Wolfe dopo il defunto astronomo Arthur M. Wolfe, è la galassia a disco rotante più distante mai osservata. L’impareggiabile potenza di ALMA ha permesso di vedere questa galassia girare a 170 miglia (272 chilometri) al secondo, simile alla nostra Via Lattea.
“Mentre studi precedenti hanno accennato all’esistenza di queste galassie di dischi ricchi di gas a rotazione iniziale, grazie ad ALMA ora abbiamo prove inequivocabili che si verificano già 1,5 miliardi di anni dopo il Big Bang “, ha detto l’autore principale Marcel Neeleman del Max Planck Istituto di astronomia a Heidelberg, Germania.
Come si è formato il disco Wolfe?
La scoperta del Wolfe Disk rappresenta una sfida per molte simulazioni di formazione di galassie, che prevedono che le galassie di massa a questo punto nell’evoluzione del cosmo siano cresciute attraverso molte fusioni di piccole galassie e grumi di gas caldi.

Immagine radio ALMA del disco di Wolfe, vista quando l’universo era solo il dieci percento della sua età attuale. Credito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), M. Neeleman; NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello

“La maggior parte delle galassie che troviamo nelle prime fasi dell’universo assomigliano a relitti di treni perché sono stati sottoposti a una fusione coerente e spesso” violenta “”, ha spiegato Neeleman. “Queste fusioni a caldo rendono difficile formare dischi ben ordinati, rotanti a freddo, come osserviamo nel nostro universo attuale.”
Nella maggior parte degli scenari di formazione di galassie, le galassie iniziano a mostrare un disco ben formato solo circa 6 miliardi di anni dopo il Big Bang. Il fatto che gli astronomi abbiano trovato una tale galassia a dischi quando l’universo era solo il dieci percento della sua era attuale, indica che altri processi di crescita devono aver dominato.
“Pensiamo che il Wolfe Disk sia cresciuto principalmente grazie al costante aumento di gas freddo”, ha dichiarato J. Xavier Prochaska, dell’Università della California, Santa Cruz e coautore del documento. “Tuttavia, una delle domande che rimane è come assemblare una massa di gas così grande mantenendo un disco rotante relativamente stabile.”
Formazione stellare
Il team ha anche usato il Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) della National Science Foundation e il NASA / ESA Hubble Space Telescope per saperne di più sulla formazione delle stelle nel disco di Wolfe. Nelle lunghezze d’onda radio, ALMA ha osservato i movimenti della galassia e la massa di gas atomico e polvere mentre il VLA ha misurato la quantità di massa molecolare – il carburante per la formazione stellare. Alla luce UV, Hubble osservò stelle enormi. “Il tasso di formazione stellare nel disco di Wolfe è almeno dieci volte superiore a quello della nostra galassia”, ha spiegato Prochaska. “Deve essere una delle galassie su disco più produttive nell’universo primordiale.”
Una galassia “normale”

Il disco Wolfe visto con ALMA (a destra – in rosso), VLA (a sinistra – in verde) e il telescopio spaziale Hubble (entrambe le immagini – blu). Alla luce della radio, ALMA ha osservato i movimenti della galassia e la massa di gas atomico e polvere e il VLA ha misurato la quantità di massa molecolare. Alla luce UV, Hubble osservò stelle enormi. L’immagine VLA è realizzata con una risoluzione spaziale inferiore rispetto all’immagine ALMA e pertanto appare più grande e più pixelata. Credito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), M. Neeleman; NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello; NASA / ESA Hubble

Il disco Wolfe è stato scoperto per la prima volta da ALMA nel 2017. Neeleman e il suo team hanno trovato la galassia quando hanno esaminato la luce da un quasar più distante. La luce proveniente dal quasar è stata assorbita mentre attraversava un enorme serbatoio di idrogeno gassoso che circonda la galassia, ed è così che si è rivelato. Invece di cercare la luce diretta da galassie estremamente luminose, ma più rare, gli astronomi hanno usato questo metodo di “assorbimento” per trovare galassie più deboli e più “normali” nell’universo primordiale.
“Il fatto che abbiamo trovato il Wolfe Disk usando questo metodo, ci dice che appartiene alla normale popolazione di galassie presenti nei primi tempi”, ha detto Neeleman. “Quando le nostre più recenti osservazioni con ALMA hanno mostrato sorprendentemente che sta ruotando, ci siamo resi conto che le galassie a dischi rotanti precoci non sono così rare come pensavamo e che dovrebbero essercene molte di più là fuori.”
“Questa osservazione incarna il modo in cui la nostra comprensione dell’universo viene migliorata con la sensibilità avanzata che ALMA offre alla radioastronomia”, ha dichiarato Joe Pesce, direttore del programma di astronomia della National Science Foundation, che finanzia il telescopio. “ALMA ci consente di fare nuove scoperte inaspettate con quasi ogni osservazione.”
Questa ricerca è stata presentata in un documento intitolato “Un disco freddo, massiccio, rotante 1,5 miliardi di anni dopo il Big Bang” che appare sulla rivista Nature
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Riferimento: “Un disco freddo, massiccio, rotante 1,5 miliardi di anni dopo il Big Bang” di Marcel Neeleman, J. Xavier Prochaska, Nissim Kanekar e Marc Rafelski, 20 maggio 2020, Nature .
DOI: 10.1038 / s41586-020-2276-y
Il National Radio Astronomy Observatory è una struttura della National Science Foundation, gestita in accordo con la cooperazione da Associated Universities, Inc.
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