Le galassie come la nostra, grandi dischi ordinati che ruotano con calma, dovrebbero aver bisogno di miliardi di anni per formarsi. Almeno così dicevano i modelli. Poi, nel 2020, un gruppo di astronomi ha annunciato la scoperta di una galassia a disco molto simile alla Via Lattea, già formata quando l'universo aveva appena un decimo della sua età attuale. È stata chiamata disco di Wolfe.
Una galassia dal passato remoto
La luce del disco di Wolfe ha viaggiato per circa 12,5 miliardi di anni prima di arrivare a noi. La vediamo quindi com'era circa 1,5 miliardi di anni dopo il Big Bang. Il suo nome ufficiale è DLA0817g, ma gli scopritori l'hanno dedicata all'astronomo Arthur Wolfe, morto nel 2014, che aveva studiato per decenni questo tipo di oggetti.
La galassia fu individuata in un modo particolare. La sua luce è debolissima, ma si trova sulla linea di vista di un quasar più lontano, un nucleo galattico attivo estremamente luminoso. Il gas della galassia assorbe una parte della luce del quasar a lunghezze d'onda precise, lasciando una "firma" nello spettro. Gli astronomi usano da tempo questi assorbimenti per trovare galassie lontane che altrimenti sarebbero invisibili.
La scoperta con ALMA
Un gruppo guidato da Marcel Neeleman, del Max Planck Institute for Astronomy di Heidelberg, osservò la galassia con ALMA, un complesso di 66 antenne radio nel deserto di Atacama, in Cile, capace di rilevare l'emissione del gas freddo e della polvere. Le osservazioni, pubblicate sulla rivista Nature, mostrarono che il gas della galassia ruotava in modo ordinato, come in un disco, a una velocità di circa 270 chilometri al secondo, simile a quella della Via Lattea.
La massa della galassia fu stimata in circa 70 miliardi di masse solari, e il disco sembrava relativamente freddo e stabile, non turbolento come ci si aspetterebbe in una galassia giovane. Osservazioni con il telescopio spaziale Hubble e con il VLA mostrarono che il disco di Wolfe stava formando nuove stelle a un ritmo circa dieci volte superiore a quello della nostra galassia.
Perché ha sorpreso
Secondo il modello più accettato, chiamato formazione gerarchica, le galassie crescono attraverso fusioni con altre galassie e accumulando gas caldo. Questo processo è violento e caotico: le galassie giovani dovrebbero essere irregolari, turbolente, spesso deformate dagli scontri. Solo con il tempo, quando le fusioni diminuiscono, si sarebbero formati dischi ordinati come quello della Via Lattea.
Il disco di Wolfe non si adatta bene a questo quadro. Per formarsi così presto e restare così ordinato, deve essere cresciuto in un altro modo: secondo gli autori, attraverso l'accrescimento di gas freddo che arrivava dall'ambiente circostante lungo filamenti, in modo graduale e senza grandi scontri. Le simulazioni prevedevano che questo meccanismo esistesse, ma il disco di Wolfe è stato una delle prime prove osservative che potesse produrre dischi ben formati così presto.
Il telescopio James Webb
Negli anni successivi il telescopio spaziale James Webb, lanciato alla fine del 2021, ha confermato che il disco di Wolfe non era un'eccezione. Le sue immagini hanno mostrato molte galassie a disco, e perfino galassie con barre e bracci a spirale, in epoche molto remote. Una galassia a spirale ben formata è stata individuata quando l'universo aveva meno di due miliardi di anni.
Webb ha anche trovato galassie sorprendentemente massicce e luminose nei primi cento milioni di anni dopo il Big Bang, e buchi neri supermassicci già grandi in epoche remote. L'universo giovane, insomma, sembra essere stato più "rapido" nel costruire strutture complesse di quanto si pensasse. Una delle domande aperte riguarda proprio come i buchi neri abbiano fatto a crescere così in fretta, un tema legato alla ricerca dei buchi neri di massa intermedia.
Come si misura la rotazione di una galassia lontana
Per capire se una galassia così lontana è un disco ordinato, gli astronomi usano l'effetto Doppler. Se il gas ruota, una metà del disco si allontana da noi e l'altra si avvicina: la luce della prima metà appare spostata verso lunghezze d'onda più lunghe, quella della seconda verso lunghezze più corte. ALMA ha misurato questi spostamenti nell'emissione del carbonio ionizzato, punto per punto, ricostruendo una mappa delle velocità del gas. La mappa mostrava lo schema tipico di un disco in rotazione regolare, con poca turbolenza rispetto alla velocità di rotazione: esattamente come nelle galassie a spirale vicine.
Com'era la giovane Via Lattea
Studiare galassie come il disco di Wolfe aiuta anche a capire la storia della nostra. Anche la Via Lattea, secondo le ricostruzioni basate sui dati del satellite Gaia, ha formato il suo disco molto presto, e ha attraversato una serie di fusioni con galassie più piccole, di cui restano tracce nei movimenti delle stelle. La sua massa attuale e il ruolo della materia oscura sono raccontati nell'articolo Quanto pesa la Via Lattea, e le galassie nane che ancora la circondano, come Antlia 2, sono i resti di quel processo.
Per approfondire si può consultare la voce Wolfe Disk su Wikipedia in inglese. Altri articoli sulle galassie si trovano nella sezione Astronomia.
