La produzione di stelle (spesso misurata in termini di tasso di formazione stellare, "star formation rate") all'interno delle galassie cambia significativamente durante l'evoluzione dell'Universo. Diversi studi hanno mostrato che la densità media di formazione stellare nell'Universo ebbe un picco circa 10 miliardi di anni fa (a redshift circa 2, 3.5 miliardi di anni dopo il Big Bang), per poi diminuire significativamente (circa un fattore 10 in meno) in epoche cosmiche successive.

Ad esempio, mentre le galassie tipiche 10 miliardi di anni fa formavano in media circa 100 stelle per anno, la nostra Via Lattea (ed altre simili galassie) forma circa una nuova stella per anno. Il tasso di formazione stellare di una galassia e' condizionato dai flussi di gas freddo (dal quale nascono le stelle) che accrescono sulle galassie, e dall'interazione con il materiale intergalattico ed altre galassie vicine, e studiando come esso varia nel corso del tempo, possiamo capire come le galassie si sono formate e quanto velocemente assemblano la loro massa stellare.

Correntemente non si hanno informazioni molto dettagliate sulla formazione stellare ad alto redshift, nell’Universo giovane, ed e' qui che ALPINE gioca un ruolo discriminante, fornendoci nuove osservazioni per un gran numero di galassie durante un’epoca che va dai 1 a 1.5 miliardi di anni dopo il Big Bang.

L'emissione del continuo lontano-infrarosso misurato con ALPINE ci permette di osservare attraverso la polvere la formazione stellare che ha luogo nelle regioni più oscurare delle galassie, che e’ invisibile ai telescopi ottici. Inoltre, osservando l’emissione del carbonio ionizzato (⁺), che viene prodotta nelle vicinanze di stelle giovani e calde, ALPINE ci fornisce una misura diretta del tasso di formazione stellare. Mentre fino ad ora questo tipo di misure erano accessibili per un numero limitato di galassie, ALPINE, grazie alle 118 galassie osservate, ci fornisce un potere statistico adeguato per rafforzare le nostre interpretazioni.

Dal momento che tipicamente le galassie nell’antichità formavano stelle più rapidamente di quanto lo facciano le galassie odierne, e' naturale aspettarsi di rilevare proprietà fortemente diverse, e questo e' un tema molto dibattuto nell'astrofisica extragalattica moderna. Per esempio, supportati dai modelli teorici, ci aspettiamo che le prime galassie abbiano una maggiore quantità di gas e che siano più efficaci nel convertire questo in stelle. Ci aspettiamo anche che abbiano meno metalli (i quali si accumulano durante l'evoluzione delle galassie) ed una diversa composizione della materia interstellare.

ALPINE ci aiuta a capire finalmente le proprietà interne di un gran numero di galassie nell'Universo giovane, permettendoci di studiare ad esempio, (i) la relazione tra l'emissione del C⁺ ed il tasso di formazione stellare in sorgenti tipicamente meno arricchite chimicamente rispetto alle galassie odierne e, (ii) l'estensione spaziale del gas (tracciato dal C⁺), e della polvere (tracciata dalla luce infrarossa) e la loro correlazione spaziale con le stelle (osservate con la luce in banda ottica).

L'attività di formazione stellare e' strettamente collegata alla struttura interna ed alla dinamica delle galassie. Ad esempio, le galassie quiescenti (che hanno interrotto la produzione di nuove stelle) tendono ad avere forma sferoidale, con la luce più concentrata nel centro. Invece le galassie star-forming (che ancora formano attivamente stelle) tendono ad avere una struttura a forma di disco con dei bracci a spirale (come la nostra Via Lattea), ma possono essere fortemente irregolari e mostrare una morfologia complessa nell’Universo giovane.

Grazie ad ALPINE, facendo uso dell'Effetto Doppler (lo stesso che distorce il suono di un’autoambulanza che sfreccia in strada) e misurando lo spostamento relativo verso il blu/rosso (blueshift/redshift) della riga di emissione del C⁺, possiamo studiare la cinematica di un gran numero di galassie nell'Universo giovane. Possiamo per esempio osservare il moto proprio e la turbolenza del gas, o anche esplorare l’efficienza dei venti galattici indotti dall’attività di formazione stellare.

Generalmente, l'ambiente entro il quale una galassia si forma influenza fortemente la sua evoluzione. Ad esempio, le galassie che risiedono in ambienti densi, hanno più probabilità di interagire con altre galassie compagne. Questo elevato tasso di interazione dinamica e collisioni può favorire l'addensamento e la compressione del gas, inducendo un improvviso forte innalzamento del tasso di formazione stellare (detto "starburst"). Quando, conseguentemente allo starburst, tutto il gas e' stato convertito in stelle, se la galassia non e' ulteriormente alimentata da flussi di gas intergalattici, interromperà l'attività di formazione di nuove stelle e tenderà a diventare quiescente, cambiando forma e struttura cinematica. Questo e' comunemente considerato lo scenario più probabile per la formazione delle grandi galassie quiescenti che osserviamo nell'Universo odierno.

ALPINE ci permette di osservare, grazie alla misura del loro C⁺, la presenza di deboli compagni (invisibili nella luce ottica) attorno le 118 galassie target, e determinare la loro distribuzione e velocità con una precisione di 50 km/s. In questo modo possiamo misurare il tipico tasso di collisioni nell'Universo giovane e capire come questo influenzi l’evoluzione delle galassie.