Astrofisica

Guardare nel passato delle galassie

Le primissime stelle nell’universo si sono formate da gas primordiali creati dal Big Bang e contenenti per lo più idrogeno ed elio con trace di litio. Tutti gli elementi pesanti che osserviamo oggi come carbonio, ossigeno e i vari componenti necessari alla vita, sono stati invece formati, come noto, nelle reazioni di fusione nucleare che avvengono nei nuclei stellari e poi vengono rilasciati in grandi quantità nell’universo attraverso i venti stellari e le esplosioni delle supernovae in un processo chiamato metal enrichment o arrichimento di metalli. Va precisato che per gli astronomi, i metalli sono tutti quegli elementi presenti nella tavola periodica fatto salvo per idrogeno ed elio.

Questo vuol dire che la Metallicità, cioè la presenza di metalli, in un galassia è legata alla storia della sua formazione stellare e anche alla quantità di mezzo interstellare che attrae o espelle dalle sue vicinanze. Studiando l’abbondanza di metalli è possibile delineare quello che è stato il processo di formazione della galassia stessa. Precedenti risultati ci parlano di una relazione diretta tra la massa totale della galassia e la presenza di metalli, galassie più massive hanno maggiori concentrazioni di metalli.

Gli studi esistenti hanno osservato fino a redshift 1. Il Redshift sappiamo che indica sia la velocità di allontanamento delle galassie ma anche la loro distanza. Lo studio preso in considerazione in questo post, prende in considerazione galassie fino a redshift 3 e cioè fino  a 2 miliardi di anni dopo il big bang, usando l’effetto delle lenti gravitazionali. Questo ha permesso di spingere le osservazioni molto in là evitando così di utilizzare tempi d’uso del telescopio enormemente lunghi.

Gli autori si sono focalizzati sull’ammasso di galassie denominato Abell 1689 in quanto è noto che produce un effetto lente su circa 30 galassie poste dietro. Acquisendo  il loro spettro e studiandone le linee di emissione è stata misurata la loro metallicità.

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Uno dei risultati che ci si aspetterebbe è che, dato un processo di arricchimento di metalli continuo nel tempo, le galassie più giovani osservate ad alti redshift mostrino abbonzanze minori di metalli rispetto a quelle nella nostra immediata “porzione” d’universo.
In effetti questo è quello che è stato osservato. Le galassie ad alto redshift hanno mostrato una bassa abbondaza di metalli ed un processo attivo di attrazione di gas primordiale povero di metalli. La cosa più interessante è stata osservare come il processo di metal enrichment è cambiato nel tempo: l’aumento della metallicità delle galassie si è velocizzato solo di recente (da 0.8 a 0 redshift) se comparato con l’universo dei primordi (>2 redshift) quando invece aveva un andamento relativamente costante.

Ci sono stati molti tentativi di costruire modelli computerizzati dell’evoluzione delle galassie e gli autori hanno quindi comparato i risultati della loro ricerca col modello più aggiornato oggi disponibile. La simulazione ha mostrato che il modello predice metallicità ancora più alte per le galassie massive osservate rispetto a quelle misurate dal team di ricerca attraverso lo studio delle linee di emissione.

Tutto questo indica che ci devono essere altri fattori al lavoro nelle galassie che non sono stati presi ancora in considerazione nei nostri modelli. Questi test di compatibilità tra osservazioni e modelli sono sicuramente un ottimo terreno di verifica per ogni campo scientifico.

Riferimenti:

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