Gas turbolento che favorisce la formazione stellare scoperto in galassie lontane

La galassia
La galassia “Cosmic Eyelash” vista da ALMA (Immagine ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/E. Falgarone et al.)

Un articolo pubblicato sulla rivista “Nature” descrive la prima rilevazione nell’universo lontano della molecola dell’idruro di carbonio, o CH+. Un team duidato da Edith Falgarone dell’Ecole Normale Supérieure and Observatoire de Paris, in Francia, ha usato il radiotelescopio ALMA per scoprire quel gas freddo e turbolento in galassie del tipo starburst come SMM J2135-0102, soprannominata “ciglia cosmiche” (in inglese “Cosmic Eyelash”). Questa scoperta potrà aiutare a capire meglio i meccanismi di crescita delle galassie e dei periodi di rapida formazione stellare.

Le galassie starburst sono caratterizzate da un tasso di formazione stellare molto più elevato rispetto a galassie come la Via Lattea. Per questa loro caratteristica, sono considerate ideali per studiarne la crescita e l’interazione tra gas, polvere e il buco nero supermassiccio al loro centro. Per questo motivo 6 galassie di questo tipo sono state esaminate utilizzando il radiotelescopio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), inaugurato nel marzo 2013, e in 5 di esse è stata trovata la molecola CH+.

La scoperta nello spazio di questa molecola, uno ione della molecola CH, non è una novità dato che fu una delle prime molecole scoperte nello spazio interstellare negli anni ’40. Tuttavia, per decenni la sua presenza è stata un mistero perché CH+ è estremamente reattiva e quindi si combina con altre molecole più rapidamente di altre. Un’altra caratteristica di CH+ è che richiede molta energia per formarsi perciò è utile per tracciare i flussi di energia nelle galassie e nei loro dintorni.

Un’analogia è quella della barca su un oceano tropicale in una notte buia senza luna: quando le condizioni sono giuste, il plancton fluorescente si illumina attorno alla barca che si sposta. La turbolenza causata dalla barca che scivola sull’acqua stimola il plancton a emettere luce che rivela l’esistenza delle regioni turbolente nell’acqua scura sottostante. Il CH+ si forma solo in piccole aree dove i moti turbolenti di gas si dissipano perciò la sua rilevazione in sostanza tracce l’energia su scala galattica.

La connessione con la formazione stellare deriva dalle osservazioni di CH+ che rivelano dense onde d’urto, alimentate da venti galattici caldi e veloci originati nelle regioni di formazione stellare all’interno delle galassie. Il flusso di questi venti attraversa una galassia e spinge il materiali al suo esterno ma i loro venti turbolenti sono tali che parte dei materiali può essere ricatturata dalla forza di gravità della galassia stessa (nella parte in alto a sinistra nell’immagine in fondo).

Questo materiale si raccoglie in una grossa riserva turbolenta (turbulent reservoir nell’immagine in fondo) di gas freddo a bassa densità che si estende per oltre 30.000 anni luce dalla regione di formazione stellare della galassia. Questo tipo di riserva potrebbe essere della stessa natura degli aloni di gas scoperti attorno ai quasar descritti in una ricerca pubblicata sulla rivista “The Astrophysical Journal” nell’ottobre 2016.

Tuttavia, le riserve di gas freddo che possono circondare una galassia non erano note e sono state scoperte grazie alle rilevazioni della molecola CH+. La turbolenza nelle riserve genera venti galattici che estendono la fase di intensa formazione stellare invece che spegnerla e ciò contraddice i modelli correnti di formazione ed evoluzione delle galassie.

Secondo i ricercatori, quei venti galattici da soli non sono sufficienti per riempire di gas le riserve scoperte perciò è possibile che altro gas venga fornito in fusioni galattiche o da flussi di gas nascosti e ciò invece è previsto dai modelli correnti. In sostanza, la situazione che è stata scoperta in quelle galassie è parzialmente nuova perciò la ricerca è stata fruttuosa.

Questa scoperta potrebbe rappresentare un notevole passo in avanti nella comprensione dei meccanismi che regolano i flussi di materiali nelle galassie starburst nell’universo primordiale. L’uso del potentissimo radiotelescopio ALMA è stato sfruttato da scienziati di varie discipline che hanno combinato le loro conoscenze per ottenere questo progresso.

Il meccanismo del gas turbolento (Immagine ESO/L. Benassi)
Il meccanismo del gas turbolento (Immagine ESO/L. Benassi)

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