MAMBO-9, la galassia più lontana e antica per capire l’evoluzione dell’universo

Una galassia polverosa e lontana, tanto da essere la più antica mai osservata. Il suo nome è MAMBO-9, una incubatrice stellare tra le più attive nell’universo osservata dal telescopio Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), in Cile. Nata appena 970 milioni di anni dopo il Big Bang, questa galassia è stata osservata in modo diretto, senza l’utilizzo di lenti gravitazionali che ne curvassero la luce per farla arrivare fino a noi.

Proprio la sua misurazione diretta da parte del team di ricercatori guidati da Caitlin Casey, della University of Texas di Austin, ha permesso agli astronomi di misurarne nel dettaglio diverse caratteristiche, tra cui la sua massa. I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista The Astronomical Journal e rappresentano un passo avanti nella comprensione dell’universo, dato che oggetti come questa polverosa ed enorme galassia potrebbero giocare un ruolo chiave nell’evoluzione del cosmo.

MAMBO-9, una polverosa galassia “mostruosa”

La massa totale di gas e polvere contenuta in MAMBO-9 è circa 10 volte superiore a quella di tutte le stelle che popolano la nostra galassia, cioè la Via Lattea. Una caratteristica che ne fa una delle incubatrici stellari più attive mai osservate nell’universo. Se infatti galassie come la nostra hanno tassi di formazione stellare di 3 masse solari per anno, le galassie polverose come MAMBO-9 hanno tassi di formazione stellare di migliaia di masse solari per anno.

Oltre ad essere una galassia estremamente massiva, questa è anche la più distante e la più antica mai osservata. La luce che arriva da MAMBO-9 ha viaggiato per 13 miliardi di anni per raggiungere le antenne del telescopio ALMA, quindi oggi la galassia potrebbe essere ancora più grande e contenere oltre 100 volte più stelle di quelle osservate da Casey e dal suo team di astronomi.

Secondo i ricercatori, la galassia polverosa infatti è nata appena 970 milioni di anni dopo il Big Bang e rappresenta la più distante regione di formazione stellare che sia stata osservata senza l’aiuto del fenomeno delle lenti gravitazionali. Un record, dato che gli astronomi ad oggi non ritenevano che questi oggetti “mostruosi” per massa e tassi di formazione stellare potessero esistere già in una fase così primordiale dell’universo, anche se alcune di esse che hanno meno di un miliardo di anni erano già state scoperte, come per la galassia SPT0311-58 osservata da ALMA nel 2018 e che è nata appena 780 milioni di anni dalla nascita del cosmo.

MAMBO-9, il dubbio sull’esistenza per 10 anni

Osservare una galassia polverosa non è un compito più facile a dirsi che a farsi, come ha spiegato l’autrice dell’articolo: “Queste galassie tendono a nascondersi in bella vista. Sappiamo che sono là fuori, ma non sono facili da osservare perché la luce è nascosta dalle nubi di polvere”.

La prima osservazione di MAMBO-9 infatti risale a circa 10 anni fa e si deve a Manuel Aravena, co-autore dello studio e ricercatore della Universidad Diego Portales in Cile. Utilizzando lo strumento Max-Planck Millimeter BOlometer (MAMBO) in dotazione al telescopio IRAM, in Spagna, Aravena osservò per la prima volta la distante galassia polverosa quando era ancora un dottorando in Germania.

Da allora, la galassia non è stata più osservata perché non c’erano telescopi abbastanza sensibili da rivelarne la luce, come spiega Aravena. “Siamo arrivati al punto da mettere in dubbio che fosse reale, dato che nessun altro telescopio era stato in grado di confermare la nostra osservazione. Ma se fosse stata reale, allora doveva essere molto molto lontana da noi”.

MAMBO-9, la prima osservazione senza lente gravitazionale

Dieci anni dopo la prima osservazione, il team di Casey ha ri-scoperto MAMBO-9 da un survey del telescopio ALMA dedicato proprio a questi oggetti, come l’autrice dello studio ha spiegato: “Abbiamo trovato la galassia in un nuovo survey di ALMA progettato specificatamente per identificare le galassie polverose sede di processi di formazione stellare nell’universo primordiale. A rendere speciale la nostra scoperta, è che si tratta della galassia polverosa più distante mai osservata in modo diretto”.

Ad oggi infatti gli astronomi sono stati in grado di osservare oggetti anche più distanti di MAMBO-9, come ad esempio la galassia SPT0311-58, ma solo attraverso un fenomeno fisico detto lente gravitazionale. Questo fenomeno implica che galassie massive che si trovano tra l’oggetto da osservare e l’osservatore siano in grado di affliggere lo spazio-tempo e di curvare la luce, fungendo come delle vere e proprie lenti di ingrandimento galattiche.

L’effetto quindi permette di vedere oggetti anche molto distanti che non sarebbero osservabili altrimenti dai nostri telescopi a terra, ma ha una “controindicazione”. La lente gravitazionale distorce l’immagine dell’oggetto ingrandito, rendendo quindi più difficile la misurazione di alcune caratteristiche e la sua osservazione nei dettagli.

Casey ha quindi spiegato come una osservazione diretta abbia permesso di determinare importanti dettagli della galassia polverosa, dalla massa alla sua formazione: “La massa totale di gas e polvere nella galassia è enorme, circa 10 volte superiore a quella di tutte le stelle nella Via Lattea. Questo significa che deve ancora formare la maggior parte delle sue stelle”. Inoltre, la galassia sembra essere formata da due parti, tanto che gli astronomi hanno ipotizzato che sia in atto un processo di fusione tra due oggetti. La sua massa, dunque, sembra essere destinata ad aumentare.

A caccia di galassie polverose per svelare l’universo

Il risultato raggiunto è stato importante e possibile solo grazie a un costante miglioramento della tecnologia a disposizione, come sottolineato da Joe Pesce, del National Science Foundation Program Officer del National Radio Astronomy Observatory (NRAO) e di ALMA, che ha spiegato: “Le osservazioni con nuove e più sensibili tecnologie possono produrre scoperte inaspettate come MAMBO-9. Anche se ad oggi è difficile spiegare perché una galassia tanto massiva esista già così presto nella storia dell’universo, scoperte come questa consentono agli astronomi di porre domande sempre più complicate e di avere una migliore comprensione del cosmo”.

Il prossimo passo dei ricercatori guidati da Casey sarà quello di analizzare ancora il survey di ALMA dedicato a questi oggetti per dare la caccia ad altre galassie polverose distanti, così da poter capire quanto esse siano comuni nell’universo e quale sia il loro ruolo. La Casey ha spiegato: “La polvere è in genere un sottoprodotto delle stelle morenti, per questo ci aspettavamo circa 100 volte più stelle che polvere, ma la galassia non ha ancora prodotto così tante stelle e ora vogliamo capire come tutta la polvere possa essersi formata così velocemente dopo il Big Bang”. Una risposta che potrebbe svelare quale sia il ruolo giocato da questi oggetti nei meccanismi di evoluzione dell’universo intero.

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Immagine: Credit: NRAO/AUI/NSF, B. Saxton