Un team internazionale di astronomi, combinando la nitidezza delle immagini ottenute dall’HST con la grande capacità di raccolta di luce dei telescopi W. M. Keck (Hawaii) e l’effetto amplificatore di una lente gravitazionale, ha scoperto la galassia più lontana finora conosciuta.
[Immagine a sinistra]
La foto principale, ottenuta il 13 gennaio 1996 con l’Hubble’s Wide Field Planetary Camera-2 (WF/PC2) dell’HST centrata sull’ammasso di galassie CL1358+62, ha rivelato l’immagine, ingrandita per l’effetto di lente gravitazionale, di una galassia che si trova dietro l’ammasso, a grandissima distanza. L’immagine appare come una mezzaluna rossa nella parte centrale-inferiore della foto. L’immagine della galassia è resa più luminosa, ingrandita e deformata ad arco dall’influenza gravitazionale dell’ammasso di galassie che agisce come una lente gigantesca.
[Immagine in alto a destra]
Un primo piano dell’oggetto ci fa capire perché gli astronomi sono così eccitati da questa unica opportunità di studiare la struttura di una lontana galassia. L’immagine della galassia è stirata, e rivela minuscoli nodi di vigorose attività di formazione stellare. L’immagine ci fornisce un primo sguardo dettagliato delle fasi iniziali di costruzione di una galassia.
[In basso a destra]
Il modello teorico della lente gravitazionale è stato usato per correggere le deformazioni causate all’immagine della galassia e riportarla quindi alla sua forma normale. L’aspetto corretto ci offre una visione a forte ingrandimento della lontana galassia, con dettagli 5-10 volte più piccoli di quanto l’Hubble da solo potrebbe fornire. Si vedono chiaramente diverse luminose e compatte regioni di intensa formazione stellare. Queste regioni hanno una estensione di circa 700 anni-luce. I nodi sono così luminosi da indicare un’attività esplosiva di formazione stellare molto più rapida di qualsiasi altra presente nella maggior parte delle galassie attuali.
L’esatta misura della distanza per mezzo dell’osservazione spettroscopica dell’osservatorio Keck nelle Hawaii mostra che la galassia è la più lontana mai vista. La sua luce ci raggiunge da un periodo in cui l’età dell’universo era soltanto uguale al 7% della sua età attuale che è di circa 14 miliardi di anni. Questa giovane galassia è lontana 13 miliardi di anni luce. L’ammasso di galassie che si trova in "primo piano" e che funge da lente gravitazionale, dista da noi 5 anni-luce.
Il fatto che la galassia abbia un’età di 13 miliardi di anni, ci costringe a spostare indietro nel tempo l’epoca della formazione e dell’evoluzione delle galassie a meno di un miliardo di anni dopo il Big Bang.
L’immagine dettagliata mostra che questa galassia contiene densi e brillanti nodi di stelle massicce.. La vivace attività di formazione stellare al suo interno fa sì che questa giovane galassia sia una delle più brillanti dell’universo, con una luminosità intrinseca dieci volte maggiore di quella della nostra Via Lattea.
Prevista da Einstein nella sua teoria della relatività generale, una lente gravitazionale è un oggetto di grande massa (come ad esempio un gruppo di galassie) la cui densità è talmente alta da curvare sensibilmente lo spazio nei suoi dintorni; in questo modo, il percorso della luce proveniente da oggetti che si trovano anche a grande distanza dietro la lente, viene curvato attorno ad essa con il risultato che, dalla Terra, noi vediamo tali oggetti fortemente ingranditi.
L’oggetto in questo caso è così lontano che soltanto l’aiuto della lente gravitazionale (che in questo caso è costituita da un ammasso di galassie in primo piano lontane 5 miliardi di anni-luce) ci consente di osservarlo con questi dettagli. L’Hubble e il Keck da soli non ci sarebbero riusciti.
A causa del raro e fortunato allineamento della giovane galassia dietro all’ammasso di galassie in primo piano, gli astronomi guadagnano un ingrandimento valutato tra le cinque e le dieci volte maggiore di quello che si potrebbe ottenere dall’HST da solo. Un segno eloquente dell’effetto-lente è la deformazione dell’immagine della galassia che acquista un aspetto arcuato, dovuto all’influenza gravitazionale dell’ammasso di galassie.
L’immagine della galassia è stata notata la prima volta a causa del suo colore rossastro. Tale colore, dovuto all’assorbimento causato dalla materia presente tra noi e la galassia, ha suggerito agli astronomi che l’oggetto si dovesse trovare ad una notevole distanza.
Tale sospetto è stato confermato quando il gruppo di astronomi eseguì l’osservazione spettroscopica per mezzo dei telescopi gemelli Keck del Mauna Kea per misurare il redshift e quindi la distanza dell’oggetto. Il redshift ottenuto (z=4.92) corrisponde ad un’epoca veramente lontana nel tempo, quando l’universo stava appenda cominciando a formare le prime galassie e supera quello del quasar PC1247+34 (z=4.90), l’oggetto più lontano che si conosceva.
Basandosi su questa immagine è possibile giungere a qualche conclusione riguardo alla formazione di galassie così antiche. I nodi mostrano che la nascita delle stelle avviene in una regione molto piccola rispetto alle dimensioni finali della galassia. Queste osservazioni aiutano a chiarire il modello di formazione delle galassie che prevede un "calderone" di gas caldi, con nodi e intensa formazione stellare, forti venti e fusioni (collisioni tra densi nodi di formazione stellare)
Usando le possibilità spettroscopiche del Keck, gli astronomi sono riusciti per la prima volta a misurare anche il movimento dei gas all’interno di tale lontana galassia. Le osservazioni rivelano flussi di gas a 200 Km/sec che escono come filamenti di fuochi artificiali, presumibilmente accellerati da esplosioni di supernove.
I forti venti che si osservano suggeriscono che le galassie, quando sono giovani, possono diffondere intorno una grande quantità di particelle e in questo modo arricchiscono lo spazio vuoto circostante. Molti astronomi avevano immaginato l’esistenza di simili venti e ora abbiamo un oggetto che consente di osservarli. E’ sorprendente che la galassia più lontana che abbiamo trovato, ci fornisca anche le immagini più dettagliate di eventi attribuibili a tali antichissimi oggetti.