Il telescopio spaziale Hubble ha confermato la scoperta di una nuova classe di oggetti astronomici mai osservata fino ad ora. Denominata Cloud-9, si tratta di una nube compatta di gas di idrogeno in forma neutra, priva di stelle, immersa in un alone di materia oscura. Scoperta inizialmente grazie ai dati radio del Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope (FAST) in Cina, la nube è quella che viene definita dagli scienziati come RELHIC (REionization-Limited HI Cloud), ovvero una "galassia fallita" che non è stata in grado di accumulare abbastanza gas e di creare quindi le condizioni necessarie alla formazione stellare. Questi oggetti erano stati teorizzati, ma mai osservati, confermando una delle predizioni del modello standard della cosmologia, ovvero l'esistenza di aloni di materia oscura privi di una galassia al loro interno. La loro scoperta aiuterà gli astronomi a comprendere meglio quali devono essere le condizioni fisiche affinché una galassia si formi e a scoprire più dettagli su questa elusiva componente, la materia oscura, che rappresenta la forma dominante in massa di materia nell'Universo.
La prima galassia senza stelle: i dettagli dello studio
L'annuncio della scoperta della prima "galassia fallita" della storia è avvenuto lunedì 5 gennaio nel corso del 247esimo meeting della Società Astronomica Americana a Phoenix in Arizona. La scoperta, guidata da Alejandro Benitez-Llambay dell'Università Bicocca di Milano, è stata ottenuta combinando i dati ottici provenienti dal telescopio spaziale Hubble con quelli radio del Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope (FAST) nel Guizhou, in Cina. Quest'ultimo è stato infatti il primo ad avvistare, in direzione della costellazione dell'Orsa Maggiore, a 14 milioni di anni-luce dalla Terra, una enorme nube non rotante di gas di idrogeno in forma neutra (HI secondo il gergo astronomico) avente una massa pari a un milione di masse solari e un diametro di 4,900 anni-luce.
Guardando con i telescopi ottici da Terra in quella direzione, gli astronomi non erano stati in grado di vedere alcun accumulo di stelle, cosa che ci si aspetterebbe di vedere laddove è presente gas di idrogeno, che è il carburante per la formazione stellare. Inizialmente, gli astronomi hanno ipotizzato che al centro di questa nube ci fosse una galassia nana debole, cioè che l'assenza di stelle fosse semplicemente dovuta alla scarsa sensibilità dei telescopi da terra. Le osservazioni condotte col telescopio spaziale Hubble hanno invece confermato che all'interno della nube, ribattezzata Cloud-9, non c'era effettivamente alcun agglomerato di stelle. Le uniche cose visibili erano galassie che, pur trovandosi nella stella direzione, erano però molto più lontane dell'oggetto. Siamo quindi difronte al primo esempio mai scoperto dall'uomo di "galassia fallita", o RELHIC (REionization-Limited HI Cloud) per gli scienziati, una nube di gas di idrogeno neutro priva di stelle immersa in un alone di materia oscura.
Cosa sono le RELHIC e perchè sono importanti
Secondo il modello cosmologico standard, l'Universo è dominato in massa dalla materia oscura, una forma di materia che agisce solo per via gravitazionale senza emissione o assorbimento di luce (per questo oscura). La materia oscura collassa gravitazionalmente a formare strutture ellissoidali chiamate aloni di materia oscura, al cui interno si formano ed evolvono le galassie. Una delle predizioni del modello standard è quella secondo cui possono esistere aloni di materia oscura al cui interno vi è sì presente gas di idrogeno, il carburante per la formazione stellare, ma in cui le condizioni fisiche non sono mai state tali per cui il gas è riuscito a collassare e innescare le reazioni di fusione nucleare per la formazione di stelle.
Fino ad oggi questi oggetti, chiamati RELHIC (REionization-Limited HI Cloud), esistevano solo sul piano teorico, ma non erano mai stati effettivamente osservati. Cloud-9 rappresenta il primo esempio mai osservato di queste "galassie fallite", una struttura compatta in cui il gas, in condizioni di equilibrio idrostatico, bilancia la forza gravitazionale della materia oscura a creare un oggetto quasi inerte, la cui esistenza può essere provata solo attraverso l'emissione radio dell'idrogeno neutro. Proprio l'equilibrio tra il gas e la materia oscura ha permesso agli scienziati di determinare la massa di quest'ultima nota quella del gas tramite onde radio: cinque miliardi di masse solari.
Cloud-9 ci offre uno sguardo raro su una nube dominata dalla materia oscura, un residuo fossile presumibilmente formatosi poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang e rimasto privo di stelle fino ad oggi. Questi RELHIC rappresentano quindi l'occasione di studiare come dovevano apparire le prime fasi della formazione delle galassie e ci permettono di capire quale deve essere il limite minimo in massa e le condizioni fisiche affinché il gas all'interno degli aloni di materia oscura collassi a innescare la formazione stellare. Soprattutto, la loro esistenza apre la caccia a nuovi esempi di RELHIC sparsi per il cosmo. Trovarle però non sarà facile perché la mancanza di stelle rende questi oggetti visibili sono nelle onde radio. Inoltre, l'interazione con altro gas o galassie nel cosmo può rimuovere gas o distruggere completamente la nube.
Che ne sarà di RELHIC in futuro? La nube potrebbe formare una galassia, a patto che diventi più massiccia, anche se le modalità con cui ciò avverrà sono ancora oggetto di speculazione. Se fosse molto più grande, più di 5 miliardi di volte la massa del nostro Sole, essa collasserebbe, formerebbe stelle e diventerebbe una galassia non diversa da qualsiasi altra galassia che vediamo. Se invece Cloud-9 fosse molto più piccola, il gas avrebbe potuto disperdersi e ionizzarsi, non sopravvivendo così a lungo. Se lasciata al suo destino, Cloud-9 si trova in una posizione ideale in cui potrebbe rimanere come RELHIC praticamente per sempre.
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