L’acqua, nella sua molecola H2O, è un elemento necessario per la vita. Se non altro, per come noi la conosciamo. Grazie alle osservazioni di ALMA (Atacama Millimiter/submillimiter Array) gli scienziati hanno trovato l’acqua in una delle due galassie del sistema SPT0311-58, a 12,88 miliardi di anni luce dalla Terra. Vi sarebbe un’abbondanza di H2O insieme al monossido di carbonio della galassia: questo suggerisce che la costituzione di molecole sia progredita subito dopo la sintesi dei primi elementi nelle stelle.

SPT0311-58 è stato osservato per la prima volta nel 2017 dagli scienziati di ALMA come appartenente all’epoca della rionizzazione, quando l’Universo aveva solo il 5% della sua età attuale. A quel tempo, stavano nascendo le prime stelle e galassie. La ricerca guidata da Sreevani Jarugula, astronomo presso l’Università dell’Illinois, comprende lo studio dettagliato del gas molecolare presente in SPT0311-58. Si tratta del rilevamento più distante di acqua in una normale galassia attiva nel formare stelle.

La straordinaria scoperta: molecole di acqua vecchie 13 miliardi di anni

La ricerca è interamente basata sui dati ad alta risoluzione di ALMA. Essi riguardano il gas molecolare nella coppia di galassie in SPT0311-58. Dalle immagini sono stati rilevati l’Ossigeno e il Carbonio, elementi di prima generazione, così come le loro forme molecolari di monossido di carbonio e acqua.

La galassia in cui sono stati tracciate queste molecole è particolarmente massiccia, la più massiccia attualmente conosciuta nell’Universo primordiale. È caratterizzata da una gran quantità di gas e polveri, molta più di tante altre galassie appartenute a quell’epoca. Questo permetterà agli scienziati di comprendere come questi elementi e le molecole da essi costituite possano essersi formate e poi evolute nel corso di ben 13 miliardi di anni.

Come si rileva l’acqua nell’Universo?

L’acqua è la terza molecola più abbondante nell’Universo dopo l’idrogeno molecolare e il monossido di carbonio. E per rilevarla si usa la polvere! Infatti, la polvere assorbe la radiazione ultravioletta proveniente dalle stelle appartenenti alla galassia. Poi la riemette sottoforma di fotoni di luce nella radiazione del lontano infrarosso. Questo processo eccita le molecole d’acqua, cosa che origina le emissioni d’acqua che gli scienziati riescono a osservare.

“In questo caso, la polvere ci ha aiutato a rilevare le emissioni idriche in questa enorme galassia” conferma Jarugula, entusiasta. “Questa correlazione potrebbe essere utilizzata per sviluppare l’acqua come tracciante della formazione stellare. Potrebbe quindi essere applicata alle galassie su scala cosmologica”.

Un passo in più nella conoscenza dell’Universo Primordiale

Sono sempre di più le nostre conoscenze riguardanti l’Universo bambino, quello così lontano da farci viaggiare indietro nel tempo di più di 13 miliardi di anni luce. Un risultato come quello ottenuto per SPT0311-58 mostra, insieme a molti altri, quanto la strumentazione astronomica si sia evoluta nel tempo. In particolar modo è testimone della potenza di un radiointerferometro come ALMA per studiare gli oggetti cosmici presenti ai primordi della vita del nostro Universo e di tutto ciò che contiene, inclusi il Sistema Solare e la Terra.

Jarugula spiega:

Le prime galassie formano stelle a una velocità migliaia di volte quella della Via Lattea. Lo studio del contenuto di gas e polvere di queste prime galassie ci informa delle loro proprietà. Come il numero di stelle che si stanno formando, la velocità con cui il gas viene convertito in stelle, come le galassie interagiscono tra loro e con il mezzo interstellare e altro ancora.

Quanto in là possiamo ancora spingerci?

“Questo studio non fornisce solo risposte su dove e quanto lontano può esistere l’acqua nell’Universo” spiega Jarugula. “Ha anche sollevato una grande domanda: come si sono assemblati così tanti gas e polvere per formare stelle e galassie così presto nell’Universo?” Per poter rispondere a questo quesito, studi futuri basati sui dati di ALMA o sull’attesissimo James Webb Space Telescope saranno fondamentali.

Dalle parole del direttore di ALMA e astrofisico Joe Pesce: “L’osservazione di queste molecole, così importanti per la vita sulla Terra, ci sta dando un’idea dei processi fondamentali di un Universo molto diverso da quello odierno.” Senz’altro riuscendo a guardare molto indietro nel tempo e soprattutto sapendo come farlo, ci auguriamo che molecole importanti come quella dell’acqua potranno essere cercate, rilevate e quantificate molto più facilmente negli anni a venire.

Lo studio completo, pubblicato su The Astrophysical Journal, è disponibile qui.

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