Un nuovo mistero sulla metallicità delle giovani galassie

Un gruppo di astronomi ha utilizzato il potente occhio dell'osservatorio Keck per sondare l'influenza del ritmo di formazione stellare sulla distribuzione di metalli in 41 galassie distanti in media 11 miliardi di anni luce. Il risultato? Le concentrazioni di metallo sembrano essere quasi totalmente indipendenti dalla magnitudine di attività di formazione stellare - una conclusione diametralmente opposta rispetto a quanto osservato nelle galassie più vicine.

Il tasso di formazione stellare (SFR) nelle galassie vicine (linee blu) e in quelle più lontane (punti arancioni). Le prime mostrano una chiara relazione tra la formazione stellare e la metallicità (riportata lungo l'asse verticale). Le galassie più distanti, al contrario, non sembrano seguire alcuna relazione. Sull'asse orizzontale, la massa di ciascuna galassia in termini di masse solari. Credit: NAOJ

Le analisi indicano che le galassie formatesi due miliardi di anni dopo il Big Bang presentano concentrazioni di metalli, ovvero elementi più pesanti dell'elio, fino a cinque volte minori delle concentrazioni riscontrate nelle galassie a noi più vicine.

"Le galassie che abbiamo studiato sono molto fioche; la loro luce ha avuto bisogno di oltre 11 miliardi di anni per raggiungerci," spiega Masato Onodera. "La straordinaria capacità del telescopio di 10 metri all'osservatorio Keck di raccogliere la luce di queste galassie si è rivelata cruciale."

Una volta raccolti i fotoni, lo strumento MOSFIRE, una nuova aggiunta presso l'osservatorio hawaiano, ha contribuito alle analisi spettrali della debole luce delle galassie.

"MOSFIRE ci ha consentito di osservare più oggetti allo stesso tempo [fino a un massimo di 46] con una precisione elevatissima, permettendoci di raccogliere gli spettri di un gran numero di galassie in maniera molto efficiente," prosegue Onodera. "Abbiamo osservato una serie di strutture spettrali provocate dall'emissione da parte delle galassie di atomi ionizzati quali idrogeno, elio e neon, a partire da cui abbiamo determinato il contenuto di metalli di ciascuna galassia."

La distribuzione di metallo in galassie attive è il risultato della delicata interazione tra il gas in entrata, il tasso di formazione stellare all'interno della galassia e i materiali in uscita. La quantità di metallo nel sistema e l'eventuale esistenza di una relazione tra questo dato e la magnitudine della formazione stellare potrebbero far luce sui meccanismi che regolano l'evoluzione delle galassie.

"Estrapolando ciò che possiamo osservare nell'Universo locale, ci saremmo aspettati una metallicità maggiore nelle galassie con poca formazione stellare rispetto a quanto osservato," spiega Hien Tran del Keck Observatory. "Ciò che questa ricerca ha scoperto è che, a grandi distanze da noi, il ruolo della formazione stellare in termini di metallicità non è tanto importante quanto a distanze minori. Comprendere l'interazione tra la metallicità, il tasso di formazione stellare e la massa di una galassia ci aiuterà a capire più a fondo l'evoluzione galattica."

Non essendo riusciti a individuare una chiara relazione tra l'arricchimento di metalli e il tasso di formazione stellare, i ricercatori hanno concluso che, nel giovane Universo, i meccanismi alla base dei processi di formazione stellare potrebbero essere stati diversi da quelli odierni.