Le galassie nane: precursori degli oggetti più massivi


Immagini ottiche dei gruppi isolati di galassie nane osservati con il telescopio Magellano. Le macchie più rosse rivelano una forte emissione di radiazione associata ad una recente formazione stellare. L’immagine profonda ottica mostra forme e morfologie asimmetriche che sono probabilmente il risultato di una interazione galattica.


Uno studio sulla scoperta di sette gruppi di galassie nane, pubblicato su Nature Astronomy, mostra come le osservazioni di oggetti di piccola taglia possano offrire nuovi indizi per comprendere i meccanismi di formazione delle galassie più massive come la Via Lattea.


Gli astronomi ritengono che la maggior parte delle galassie si formi dai processi di collisione e fusione di galassie più piccole. I gruppi di galassie sono laboratori ideali per studiare il processo di merging. L’esistenza di gruppi di galassie nane, da 10 a 1000 volte più piccole della nostra galassia, rappresenta un test fondamentale per verificare questa ipotesi che, fino a ora, non ha avuto chiare evidenze. Oggi, però, un gruppo di ricercatori guidati da Sabrina Stierwalt del National Radio Astronomy Observatory (NRAO) e della University of Virginia ha identificato sette gruppi di galassie nane, legate gravitazionalmente, che forniscono informazioni importanti sui processi con cui si formano ed evolvono le galassie più grandi. I risultati sono riportati su Nature Astronomy.

I dati demografici sulle popolazioni di galassie nane sono stati da lungo tempo dibattuti nell’ambito delle predizioni del modello cosmologico Lambda-CDM. Si sa che poco più del 5 per cento delle galassie nane ha compagne strette e che la maggior parte delle survey galattiche è troppo poco profonda per rivelare in maniera non ambigua tali compagne, anche quando esse sono presenti. A parte quei pochi casi dove esistono evidenze di fenomeni di fusione tra galassie nane, è rimasta quasi sempre sfuggente la possibilità di osservare direttamente l’assemblamento di strutture quando abbiamo a che fare con oggetti di piccola massa.


«Secondo la teoria sulla formazione delle strutture nell’Universo, chiamato Lambda Cold Dark Matter paradigm, gli oggetti più piccoli si fondono per formare oggetti più grandi», spiega a Media INAF Sabrina Stierwalt autrice principale dello studio. «Tuttavia, abbiamo una scarsa evidenza osservativa di questo processo che in realtà avviene per galassie che hanno una massa circa al di sotto di quella associata alla Grande Nube di Magellano, cioè per oggetti di piccola massa come le galassie nane, nonostante quest’ultime sono molto più numerose delle galassie più grandi come la Via Lattea.

Il nostro team ha scoperto proprio uno degli esempi più chiari a oggi noto che supporta questo modello: gruppi isolati di galassie di piccola massa, membri delle galassie nane. Riteniamo che questi gruppi di galassie siano legate gravitazionalmente e che quindi alla fine fonderanno per formare un oggetto più grande, cioè una galassia di massa intermedia».

Teoricamente, l’esistenza di questi gruppi è rara e lo è anche dal punto di vista osservativo, perciò questa scoperta fornisce una finestra unica per comprendere il possibile meccanismo di formazione di galassie più massive e isolate. L’identificazione di questi gruppi di sole galassie nane suggerisce che, se c’è tempo sufficiente, il processo di merging trasformerà questi gruppi in galassie isolate di massa intermedia che si osservano più comunemente all’epoca attuale. «Si ritiene da molto tempo che le galassie nane abbiano le loro galassie satelliti e finalmente ora abbiamo a disposizione le osservazioni che supportano queste predizioni teoriche», continua Stierwalt. «I nostri gruppi di galassie nane si differenziano non molto da quelli che sono stati già individuati e discussi nella letteratura per due ragioni importanti: primo, si tratta di oggetti isolati, e secondo, sono sistemi legati dalla gravità».

Lo studio mostra l’esempio più chiaro di formazione di struttura gerarchica nel regime di masse inferiori. I ricercatori hanno identificato sette gruppi isolati di galassie nane che sono state selezionate dalla TiNy Titans (TNT) survey. Gli oggetti sono stati poi confermati spettroscopicamente grazie alle osservazioni realizzate con il telescopio di Apache Point Observatory, con il Walter Baade Telescope (uno dei gemelli dei Magellan Telescopes) e con il Gemini North Telescope. «Un altro punto di forza di questo lavoro è che i gruppi di galassie sono stati selezionati in maniera sistematica da un programma osservativo più ampio, cioè la TiNy Titans (TNT) survey di coppie di galassie nane», dice Stierwalt. «Perciò, possiamo ulteriormente fare tutta una serie di affermazioni su qual è la frequenza con cui questi oggetti vengono osservati e confrontarla con i dati che derivano dalle simulazioni. In altre parole, se avessimo trovato questi gruppi per caso, non saremmo stati in grado di fare questo. Quello che troviamo è che la frequenza di osservazione di gruppi di galassie nane è confrontabile con quella delle simulazioni ma solo per quei valori limiti della massa raggiungibili dalle osservazioni.

Ciò che vogliamo fare è spingerci oltre questi limiti, verso valori ancora più bassi della massa, mi riferisco a oggetti più deboli e più piccoli, in modo da vedere fino a che punto vale questa relazione. I gruppi di galassie nane della survey TNT presentano da 3 a 5 membri già noti ma ce ne potrebbero essere di più».

Insomma, i risultati di questo lavoro forniscono evidenze dirette del processo in atto associato alla formazione di strutture gerarchiche nel regime di masse inferiori e aprono una nuova finestra di studio su un processo che ci si aspetta sia comune a epoche più antiche e che sarebbe quasi impossibile osservare. «Vorrei inoltre aggiungere», conclude Stierwalt, «che il nostro lavoro si integra molto bene con quello di Francesca Annibali dell’Osservatorio Astronomico dell’INAF di Bologna. Il team di Francesca ha trovato un sistema molto interessante che potrebbe essere associato ad un processo di cannibalismo galattico dove, in questo caso, una galassia nana sta interagendo con altre due galassie nane. Dunque, i nostri gruppi di galassie potrebbero essere i precursori di sistemi come DDO68. Dato che i nostri oggetti sono stati selezionati attraverso una ricerca sistematica di coppie di galassie nane, siamo in grado di porre il lavoro di Francesca in questo contesto, cioè in termini di quanto spesso riusciamo ad osservare questi gruppi di galassie nane».


Leggi l’articolo su Nature Astronomy: S. Stierwalt et al. 2017 – Direct evidence of hierarchical assembly at low masses from isolated dwarf galaxy groups.

Fonte

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