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La diffusione da parte della NASA, a luglio 2022, della prima serie di immagini e dati ottenuti dal telescopio spaziale James Webb ha rivelato quanto poco effettivamente sappiamo sul cosmo. Oggi questo telescopio all’avanguardia del valore di 10 miliardi di dollari permette agli scienziati di esaminare le galassie più a fondo che mai. Così facendo, saranno inoltre in grado di confrontare le galassie più fievoli e precoci con le ellittiche giganti odierne, che tra l’altro custodiscono ancora numerosi segreti.
Sune Toft, professore di cosmologia e astrofisica extragalattica presso l’Istituto Niels Bohr, conosce fin troppo bene la necessità di comprendere meglio le galassie ellittiche analizzandone le origini nell’universo primordiale. Tramite il progetto ConTExt, ha indagato l’origine delle ellittiche massive al fine di chiarire se i fenomeni galattici più estremi osservati dagli scienziati siano in effetti riconducibili a fasi di un’evoluzione di una galassia massiva.
A differenza della Via Lattea, che continua a formare nuove stelle, le galassie ellittiche sono morte e hanno smesso di formare stelle miliardi di anni fa. «Le galassie ellittiche sono le più grandi, contengono il maggior numero di stelle e risiedono in ammassi di galassie in cui la più alta concentrazione di materia oscura nell’universo mantiene legate insieme centinaia di loro», spiega Toft. «Malgrado la loro prevalenza, non ne comprendiamo ancora appieno l’origine cosmica e ciò si conferma una grande sfida per l’astronomia.»
Allo scopo di comprovare la sua teoria, Toft ha deciso di contestare l’opinione diffusa secondo cui vari tipi differenti di galassie estreme sarebbero di fatto galassie ellittiche in fase primordiale. Il professore afferma: «Intendevo stabilire, mediante statistiche affidabili e proprietà fisiche accuratamente misurate, se le polverose galassie starbust fossero le dirette progenitrici di alcune delle prime galassie ellittiche che conosciamo».
Le galassie starbust sono particolari per il fatto di vantare un tasso di formazione di stelle straordinariamente elevato. Nell’arco di cinque anni, Toft ha condotto osservazioni su questo tipo di galassie a diverse lunghezze d’onda, spaziando dalle onde radio a quelle submillimetriche, infrarosse e ottiche. Ha analizzato studi statistici di milioni di galassie, nonché studi approfonditi di singole galassie. I suoi risultati sortiscono un forte impatto sulla comunità scientifica.
Grazie a ConTExt, ora si sa che le galassie starburst sono all’origine delle galassie più massive; eppure, non sono innescate da fusioni importanti come quelle che gli scienziati sono riusciti a osservare nell’universo locale. Si creano, invece, in seguito a una fusione minima e ai normali dischi di gas. Toft e il suo gruppo hanno inoltre scoperto alcuni esempi di galassie quiescenti a z=2 con dischi a rotazione veloce, dimostrando la coerenza con il modello dello scienziato.
Ispirare nuove attività di ricerca
Attualmente, ConTExt è un modello ampiamente accettato dell’evoluzione delle galassie massive, poiché numerosi gruppi diversi di scienziati hanno raggiunto risultati simili a quelli di Toft. Le nuove generazioni di indagini astronomiche che si avvalgono di ALMA, il più grande telescopio al mondo, e del telescopio spaziale James Webb si prefiggono di approfondire ulteriormente il modello.
«Il mio progetto dimostra che è possibile risalire al passato delle galassie ellittiche di più grandi dimensioni, fino a meno di un miliardo di anni dopo il Big Bang, momento in cui si sono formate in esplosioni stellari avvolte nel mistero. Ciò è stato stabilito mediante studi dettagliati della struttura, della morfologia, delle dinamiche, delle proprietà di formazione delle stelle, dei contenuti di gas e di altre caratteristiche di diverse popolazioni di galassie», aggiunge Toft.
Il progetto ConTExt ha inoltre spianato la strada a un importante centro di eccellenza denominato Cosmic Dawn Center presso l’Istituto Niels Bohr e il dipartimento spaziale del Politecnico della Danimarca. Come evidenzia Toft: «La missione principale del centro consiste nel catapultare gli studi delle galassie all’epoca dell’alba cosmica, quando si sono formate le prime stelle e galassie, così come i primi buchi neri. Il modello di ConTExt potrebbe dimostrarsi rilevante anche in questo frangente, poiché la gran parte delle galassie massive si forma nelle densità più elevate di distribuzioni di materia oscura sottostanti, che sono le prime a collassare».