Si è presentata così, come un dettaglio piccino e a prima vista irrilevante in un’immagine del ben più appariscente Vv114, sistema di galassie in interazione situato a soli 300 milioni di anni luce dalla Terra. Dettaglio che però non è passato inosservato agli occhi attenti degli astronomi che hanno deciso di approfondirne la natura. Che si è rivelata oltremodo sorprendente, tanto da meritarsi un articolo su Nature uscito la scorsa settimana. E che ha per protagonista J0107a, enorme galassia a spirale barrata, la cui luce ci ha raggiunti direttamente dall’infanzia dell’universo, poco più di undici miliardi di anni fa.

Il sistema di galassie interagenti Vv114 in un’immagine del James Webb Space Telescope (a sinistra). J0107a, galassia protagonista della scoperta, si trova nel dettaglio ingrandito nel pannello di destra. Crediti: Nasa, Alma (Eso/Naoj/Nrao), Huang et al.

Lo studio è guidato da Shuo Huang, del National Astronomical Observatory giapponese (Naoj) e dell’Università di Nagoya, sempre in Giappone. Che cos’ha di speciale questa galassia? Intanto è bella grossa, dieci volte più massiccia della Via Lattea, la nostra galassia. Ma sopratutto, ha qualcosa di curioso nella forma. Le galassie a spirale barrata si contraddistinguono per la presenza di una struttura – la barra, per l’appunto – che attraversa lo sferoide centrale – il bulge – e dalla quale si diramano i caratteristici bracci. Le barre sono costituite da stelle e gas, e le galassie che le possiedono sono piuttosto comuni nell’universo attuale. Anche la nostra galassia, la Via Lattea, viene comunemente classificata come galassia a spirale barrata. Il fatto è che J0107a sembrerebbe una galassia molto precoce, nel senso che somiglia moltissimo alle spirali barrate che brulicano nell’universo attuale, sebbene risalga a un’epoca cosmica molto antica, a meno di tre miliardi di anni dal Big Bang. La sua barra però ha colpito gli astronomi perché è per metà costituita da gas, a differenza di quelle delle galassie locali, costituite da gas solo per il dieci per cento. E questa barra è pure piuttosto agitata.

Utilizzando l’interferometro Alma, gli astronomi hanno notato che grandi quantità di gas sono convogliate dalla barra verso le regioni centrali di J0107a, gas che si muove alla velocità di centinaia di chilometri al secondo. Questo materiale sta generando intensi episodi di formazione stellare nel nucleo di J0107a. Gli astronomi hanno stimato che la galassia forma stelle ben trecento volte più rapidamente rispetto alla Via Lattea. Alma ha consentito agli astronomi di studiare l’emissione delle molecole di monossido di carbonio (CO, in formule chimiche) e degli atomi di carbonio. Il gas molecolare costituisce la materia prima per la formazione stellare, per questo è molto importante studiarlo ricorrendo a strumenti all’avanguardia come Alma. Dotato di sopraffina risoluzione angolare e sensibilità alla luce emessa alle lunghezze d’onda millimetriche e sub-millimetriche, Alma ha consentito di guardare attraverso i polverosi meandri di J0107a, là dove perfino l’occhio di Webb risulta un po’ miope. Grossi episodi di formazione stellare producono infatti delle gran quantità di polveri che avvolgono galassie come questa, rendendo arduo il loro studio. La luce emessa alle lunghezze d’onda del millimetrico fortunatamente attraversa indisturbata questi muri di polvere e pertanto Alma rimane ancora il cavallo di battaglia per studiare galassie come J0107a – della sinergia fra Alma e Webb abbiamo parlato in questo video.

L’emissione stellare (in blu) della galassia J0107a, catturata da Webb con lo strumento NirCam. In rosso viene invece mostrata quella del gas molecolare CO(4-3), visto da Alma. Si nota la barra che attraversa la regione centrale della galassia, visibile nelle immagini di entrambi gli strumenti. Crediti: Nasa, Alma (Eso/Naoj/Nrao), Huang et al.

In gergo si chiamano galassie starburst, quelle galassie che stanno attraversando fasi di violenta formazione stellare. Agli inizi della storia del cosmo erano molto comuni, ma se ne trova qualcuna anche nei paraggi della Via Lattea. Quasi tutte le galassie starburst locali hanno una morfologia turbolenta dettata dall’interazione con altre galassie. L’interazione fra galassie agita il gas, scatenando degli intensi episodi di formazione stellare. Gli astronomi dunque ritengono che qualcosa di simile avvenisse anche in passato, ovvero che le fusioni fra galassie – in inglese, mergers – inneschino i mirabolanti eventi di formazione stellare che caratterizzano le galassie starburst lontane.

Esempio di starburst nell’universo vicino. Le fusioni tra galassie innescano intensi episodi di formazione stellare. Crediti: Nasa/Esa

Il problema è che molte di queste galassie, anziché presentarsi con una forma irregolare, slabbrata dall’interazione gravitazionale, come accade per le loro analoghe locali, nell’universo lontano si presentato con un’apparentemente quieta forma a disco. Questo ce l’hanno raccontato negli ultimi anni i dati di Alma e, più di recente, le sorprendenti immagini di Webb. Quest’ultimo ha immortalato J0107a nel 2023, rivelandone la forma regolare e la massa particolarmente pronunciata. Galassie, dunque, in apparenza placide come la nostra, che si degna di sfornare su per giù una stella all’anno, grossa come il Sole. Ci dev’essere dunque qualche altro meccanismo nell’universo lontano capace di innescare scoppi improvvisi di formazione stellare, al di là dei merger fra galassie. Quello individuato da Huang e collaboratori potrebbe fornire una risposta, rappresentando uno scenario alternativo alle fusioni tra galassie per generare ondate di nuovi astri. È la prima evidenza di un meccanismo di questo genere nell’universo lontano.

«La notevole quantità di gas necessaria per la crescita delle galassie giganti è fornita da fusioni fra galassie o afflussi di gas dalla ragnatela cosmica», spiega Huang riguardo alla struttura a disco di J0107a. «Mentre non ci sono segni di una fusione galattica, è stato rilevato un grande disco di gas attorno a J0107a. Questo disco di gas ha un diametro di circa 120mila anni luce, il doppio del diametro del corpo principale della galassia visibile come stelle, e il suo moto segue approssimativamente la galassia stessa. In base a ciò, ipotizziamo che sia stato creato da una grande quantità di gas che spiraleggia verso la galassia dalla ragnatela cosmica».

E aggiunge, rispetto al ruolo della barra nel favorire imponenti episodi di formazione stellare: «Questa è una nuova immagine di una galassia starburst, in cui una galassia a disco si forma da un flusso di gas su scala cosmica, seguito dall’emergere di una struttura a barra durante l’evoluzione della galassia, che porta a rapidi flussi di gas su scala galattica e a intensi episodi di formazione stellare. Continueremo i nostri studi osservativi con Alma per approfondire questi aspetti».

Per saperne di più:

• Leggi su Nature l’articolo “Large gas inflow driven by a matured galactic bar in the early Universe” di Shuo Huang, Ryohei Kawabe, Hideki Umehata, Kotaro Kohno, Yoichi Tamura e Toshiki Saito