Ciò che le deboli galassie nane possono dire agli astronomi sulla formazione delle galassie

Qui siamo seduti sulla Terra nel mezzo della Via Lattea. E qui si trova la Via Lattea, cresciuta all’interno di un grande alone di materia oscura

La materia oscura è una cosa intrigante: non interagisce con la luce, quindi dovrebbe davvero essere definita materia trasparente Eric BellProfessore di astronomia all’Università del Michigan.

Ma costituisce circa l’85% della materia nel nostro universo e guida la formazione delle galassie. Per ulteriori studi, gli astronomi hanno scoperto deboli galassie nane che devono essere incorporate in una materia oscura “subhalos” più piccola.

“Uno dei motivi più importanti per studiare queste piccole galassie nane è che puoi vedere che aspetto hanno la piccola materia oscura, o aloni”, ha detto Bell. “Ti aspetteresti che questo influisca sulle proprietà delle deboli galassie”.

Bell e un team di ricercatori stavano cercando galassie nane vicino a una galassia vicina delle dimensioni della Via Lattea chiamata M81. M81 sta lentamente facendo a pezzi due galassie più piccole, più piccole, il che significa che la sua gravità sta attirando queste due galassie più piccole, M82 e NGC 3077, su se stesse.

Bell si aspettava di trovare le galassie più deboli finora identificate al di fuori della Via Lattea o le galassie di Andromeda che si raggruppano attorno a M81, la galassia con la massa più grande, poi meno attorno a M82, e forse una attorno a NGC 3077. Invece, il suo gruppo l’ha trovata più o meno tutta debole le galassie si raggruppano intorno a NGC 3077.

Il gruppo ha trovato una galassia specifica – una delle galassie più deboli mai scoperte al di fuori della Via Lattea e della Galassia di Andromeda (M31) – e sei potenziali galassie. Bell presenterà i risultati alla riunione di giugno dell’American Astronomical Society.

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Sei delle sette nuove galassie e galassie candidate sono tutte raggruppate attorno a questa galassia di medie dimensioni. È il terzo più grande del gruppo, ha detto Bell, ma per qualche ragione contiene quasi tutti i satelliti e non abbiamo idea del perché. “Per tornare ai nostri modelli di materia oscura e ai nostri modelli di formazione delle galassie, in pratica dicono: “Più grande è di più”. Se avessi una galassia più grande con un alone scuro più grande, dovrebbe avere più piccoli amici e quel sistema sembra violare Quello.”

I modelli di formazione delle galassie simulano come le galassie potrebbero crescere da minuscole fluttuazioni nella materia oscura all’inizio della storia dell’universo in galassie come potremmo osservare oggi. La materia oscura gioca un ruolo cruciale: senza di essa, le galassie non potrebbero formarsi affatto e anche piccoli cambiamenti nel comportamento della materia oscura cambiano le proprietà attese delle galassie, in particolare le galassie nane deboli.

Una nuova galassia spaziale nel gruppo Messier 81. Con solo 100.000 stelle, questo è il membro più debole conosciuto del gruppo Messier 81 ed è una delle galassie più deboli scoperte al di fuori dell'ambiente circostante la Via Lattea.  Credito immagine: Eric Bell, Università del Michigan, con il telescopio Subaru
Una nuova galassia spaziale nel gruppo Messier 81. Con solo 100.000 stelle, questo è il membro più debole conosciuto del gruppo Messier 81 ed è una delle galassie più deboli scoperte al di fuori dell’ambiente circostante la Via Lattea. Credito immagine: Eric Bell, Università del Michigan, con il telescopio Subaru

Per cercare queste deboli galassie nane, gli astronomi hanno utilizzato l’Hyper Suprime-Cam di Subaru, una fotocamera digitale delle dimensioni di una piccola automobile che galleggia sopra il telescopio Subaru alle Hawaii. Usando questa fotocamera, gli astronomi sono stati in grado di catturare immagini incredibilmente sensibili in grado di rilevare una luce oltre 100 milioni di volte più debole di quella che l’occhio umano può vedere.

Queste galassie sono molto sparse, ma Subaru è abbastanza sensibile da rilevare alcune delle stelle più luminose di quella galassia. Bell e i suoi colleghi trovano queste galassie cercando gruppi di queste deboli stelle. Per ogni stella che vedono, si aspettano che ci siano alcune migliaia di stelle più deboli.

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“Quindi queste galassie hanno tra 50.000 e 200.000 stelle”, ha detto Bell, spiegando che sembra molto, ma è un milione di volte inferiore al numero di stelle nella Via Lattea. “Queste sono davvero pessime nell’essere galassie. Fanno il loro lavoro – creare stelle – in modo terribile. Non le assumeresti per essere una galassia”.

Trovare queste deboli galassie vicino a una galassia satellite più piccola è stato un mistero, dice Bell.

I nostri modelli prevedono che le galassie più grandi dovrebbero contenere galassie più deboli, ma non è così. O forse in genere lo fanno, ma ci sono alcune eccezioni e ci è capitato di fare una foto strana”, ha detto. Ma i modelli non si aspettano particolarmente questo tipo di differenza. Ciò significa che c’è qualcosa di veramente interessante nel modo in cui le galassie formare e sopravvivere in piccoli aloni di materia oscura che non capiamo.”

Gli astronomi hanno alcune teorie sul motivo per cui queste deboli galassie nane si trovano vicino a galassie più piccole piuttosto che a quelle grandi, anche se Bell afferma che le teorie non sono del tutto soddisfacenti. Una possibilità potrebbe essere che la gravità di una grande galassia possa distruggere le galassie più piccole in modo più efficace di quanto si pensasse in precedenza.

“Se sono accanto a un ragazzo grosso”, ha detto Bell, “quel ragazzo grande attirerebbe un lato di me più dell’altro, e quindi mi separerei a vicenda”.

Questo effetto è preso in considerazione dai modelli matematici di come queste deboli galassie operano vicino a compagni più grandi. Ma, spiega Bell, i modelli potrebbero non aver incorporato abbastanza di questo effetto, come un satellite più vicino alla galassia più grande di quanto stimato in precedenza, dalla forza gravitazionale, chiamata maree, dalla galassia più grande.

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Un’altra possibilità potrebbe essere che grandi galassie come la Via Lattea stiano facendo qualcosa all’ambiente circostante che impedisce inizialmente la formazione anche di piccole galassie. Le galassie stanno riscaldando il gas circostante ed è possibile che questo processo sia più potente di quanto previsto dai modelli attuali.

“È possibile. Nessuna delle due idee mi piace molto, ma le proveremo nei nostri modelli di formazione di galassie”, ha detto Bell.

Dice che le sue scoperte sollevano più domande che risposte, ma sono domande interessanti da considerare.

“Potrebbe essere che queste deboli galassie non si formino attorno a grandi galassie, ma risiedano piuttosto attorno a galassie di piccole e medie dimensioni. Oppure potrebbe essere che non vivano attorno a grandi uomini, ma hanno a che fare con piccoli ragazzi”. “E questo significa che abbiamo qualcosa di un po’ sbagliato sulla formazione e la sopravvivenza di queste cose, o un malinteso su come si formano o sopravvivono le galassie”.

Bell e il suo team hanno presentato una richiesta di tempo per il telescopio sul telescopio spaziale Hubble, che dovrebbe fornire loro immagini più chiare di queste deboli galassie e la possibilità di risolvere alcuni di questi problemi.

Giustina Rizzo

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