La sorprendente storia di formazione stellare della galassia XMM-2599


Esisteva già 12 miliardi di anni fa, e già per questo XMM-2599 è una galassia interessante. Se poi si considera che a quell'epoca, appena il 13% della vita del nostro Universo, aveva già una massa di 300 miliardi di soli, il titolo di "galassia mostruosa" è davvero giustificato. Eppure non sono (solo) queste caratteristiche che l'hanno portata alla ribalta in questi giorni con un articolo sulla prestigiosa rivista The Astrophysical Journal, che include tra gli autori anche Mario Nonino del nostro Osservatorio. Una nutrita serie di lunghe osservazioni al telescopio Keck alle Hawaii ha mostrato che XMM-2599 non sta formando stelle, che quindi si sono formate in meno di un miliardo di anni a ritmi che devono aver raggiunto i 1000 soli per anno. Un tasso di formazione eccezionale, che si può confrontare con quello di 1,5 soli per anno della nostra Galassia. Queste osservazioni sono destinate a imprimere ulteriore slancio sia alle ricerche teorie di formazione delle galassie, che di quelle osservative di ricerca di altre galassie simili, e, soprattutto, delle loro progenitrici.

La formazione ed evoluzione delle galassie è un argomento di studio molto attuale nell'astrofisica, sia dal punto di vista osservativo che da quello teorico con i diversi modelli proposti, dal collasso monolitico al modello gerarchico.

La scoperta di XMM-2599 stupisce sia per la massa stellare, 300 miliardi di masse solari, circa cinque volte la massa stellare della nostra Galassia, che per la quasi totale assenza di formazione stellare e, soprattutto per la sua stessa esistenza in un’epoca alla quale l'Universo aveva solo il 13% dell’età attuale. In effetti, le osservazioni suggeriscono che l'intervallo di tempo di formazione di XMM-2599, inteso come tempo trascorso fra la formazione delle prime stelle dal gas preesistente al momento in cui la formazione stellare è cessata quasi del tutto, sia ancor più breve: inferiore a 1 miliardo di anni. Con questa evoluzione, vedi Figura 1, il tasso di formazione stellare deve avere avuto picchi corrispondenti a più di 1000 soli per anno, una formazione stellare davvero eccezionale che si può confrontare con quella della nostra Galassia che è stimata in 1.5-1.7 soli per anno.

Quale è stato il processo fisico che ha prodotto tante stelle in così breve tempo in un oggetto cosi massiccio come XMM-2599, e quali processi hanno poi rapidamente posto termine alla formazione stellare? Tenteranno di rispondere gli astrofisici teorici che studiano e sviluppano modelli di formazione delle galassie, in particolare quelle simili a XMM-2599. In effetti, i modelli attuali riescono a riprodurre in parte questi oggetti, ma già ci sono indicazioni che la densità osservata di oggetti peculiari come XMM-2599 sia maggiore di quella prevista.

Dal punto di vista delle osservazioni, la sfida è quella di scoprire quali potrebbero essere i progenitori di una galassia come XMM-2599. I candidati piu' quotati sono le galassie con alto tasso di formazione stellare e con una notevole quantità di polveri, alla cui caratterizzazione e scoperta ha contribuito in maniera determinante ALMA.

Un contributo importante è inoltre atteso dal satellite Euclid (ESA), in cui INAF è fortemente coinvolto, dato che per scoprire e studiare oggetti molto rari come XMM-2599 è fondamentale osservare nelle bande infrarosse su ampie zone di cielo. Gli eccellenti dati di Euclid, lancio previsto nel 2021, dovrebbero fornire un campione significativo di oggetti simili ad XMM-2599 contribuendo a chiarire in maniera determinante i processi che hanno portato alla formazione di simili "mostri" quando l’Universo era ancora estremamente giovane.

 

Per ulteriori informazioni:

 

Figura 1. La storia evolutiva di XMM2599 ricavata dalle osservazioni e dai modelli teorici. 0.0 indica il Big Bang; la galassia inizia una robusta formazione stellare dopo circa 750 milioni di anni dopo il Big Bang (z0=7.2) che prosegue a ritmo serrato fino a circa 1250 milioni di anni dopo il big bang, spegnendosi repentinamente, salvo una breve e molto piccola ripresa circa 1500 milioni di anni dopo il big bang (z=4.1). La galassia è stata osservata come appare circa 1750 milioni di anni dopo il Big Bang (zobs=3.493), ossia una istantanea riferita a 11.7 miliardi di anni fa. La linea blu ZM50 indica quando la galassia (circa 900 milioni di anni dopo il big bang) aveva formato la metà della massa stellare. Le aree ombreggiate indicano l'incertezze sia dei modelli che dei dati osservativi. L'unità dell'asse orizontale è miliardi di anni. (Adattamento dalla figura originale dell'articolo pubblicato).