Le Galassie Antenne

Le Galassie Antenne, note anche come Galassia Ringtail, sono un sistema di galassie in collisione situato nella costellazione del Corvo. Questo fenomeno ha dato origine a due lunghe strutture di stelle, che ricordano le antenne di un insetto. Le “antenne” sono costituite da due flussi di stelle, polvere e gas espulsi che si estendono nello spazio, conferendo così alle galassie un soprannome comune. Esse sono designate come NGC 4038 e NGC 4039 nel Nuovo Catalogo Generale. Nel catalogo Caldwell degli oggetti del cielo profondo, sono elencate come Caldwell 60 e Caldwell 61 e hanno la designazione Arp 244 nell’Atlante delle Galassie Peculiari del astronomo americano Halton Arp, pubblicato nel 1966. Queste galassie spirale in interazione hanno magnitudini apparenti di 11.2 e 11.1 e si trovano a circa 45 e 65 milioni di anni luce di distanza. Appaiono nella stessa parte del cielo dell’asterismo di Spica, formato dalle stelle più luminose della costellazione del Corvo.

Il Telescopio Spaziale Hubble della NASA/ESA ha catturato l’immagine migliore mai realizzata delle Galassie Antenne. Hubble ha precedentemente rilasciato immagini di queste straordinarie galassie due volte, una volta nel 1997 utilizzando la Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2), e di nuovo nel 2006 con la Advanced Camera for Surveys (ACS). Ogni immagine di Hubble delle Galassie Antenne è stata migliore della precedente, grazie agli aggiornamenti effettuati durante celeberrime missioni di manutenzione, l’ultima delle quali si è svolta nel 2009. Una volta galassie normali e tranquille come la Via Lattea, nelle ultime centinaia di milioni di anni queste galassie si sono scontrate. Questo contrasto è così intenso che stelle sono state strappate dalle loro galassie ospiti formando un arco di materiale. Nelle immagini a larga angolo, il motivo per cui hanno quel nome diventa evidente: stelle lontane e filamenti di gas si estendono nello spazio, creando lunghe code mareali simili a antenne. Questa nuova immagine delle Galassie Antenne mostra evidenti segni di caos. Nubi di gas sono visibili in rosa brillante e rosso, circondando i fulgidi lampi di blu nelle regioni di formazione stellare — alcune di esse sono parzialmente oscurate da macchie scure di polvere. La velocità di formazione stellare è talmente alta che si dice che le Galassie Antenne siano in uno stato di starburst, un periodo in cui tutto il gas all’interno delle galassie viene utilizzato per formare nuove stelle. Questo stato non può durare per sempre e nemmeno le galassie separate; alla fine, i nuclei si fonderanno, e le galassie inizieranno a ritirarsi insieme in una grande galassia ellittica. Questa immagine utilizza osservazioni visibili e vicino-infrarosso dalla Wide Field Camera 3 (WFC3) di Hubble, insieme ad alcune delle osservazioni già rilasciate dalla Advanced Camera for Surveys (ACS). Credito immagine: ESA/Hubble & NASA (CC BY 4.0)

Le Galassie Antenne sono uno degli esempi più giovani di galassie in collisione e una delle coppie più vicine di galassie interagenti con la Terra. Le galassie in fusione rivelano un possibile futuro per la Via Lattea quando essa collide con la vicina Galassia di Andromeda (Messier 31) tra qualche miliardo di anni. NGC 4038 e NGC 4039 stanno attraversando una fase di intensa attività di starburst. Le loro nubi di polvere e gas in collisione comprimono enormi nubi molecolari, causando la rapida formazione di milioni di nuove stelle. Molte di queste stelle giovani sono legate gravitazionalmente e formano cluster massicci. Gli astronomi hanno scoperto più di mille brillanti cluster costituiti da stelle appena formate nelle Galassie Antenne. Le regioni di starburst più luminose e compatte contengono cluster super-stellari. Prima che la collisione galattica sia completata, miliardi di nuove stelle saranno formate in queste galassie.

Questa immagine a falsi colori dal Telescopio Spaziale Spitzer della NASA mette in luce popolazioni nascoste di stelle neonate nel cuore delle galassie “Antenne” in collisione. Le osservazioni di Spitzer forniscono un’istantanea dell’immensa esplosione di formazione stellare innescata da questo scontro, in particolare nel punto in cui le due galassie si sovrappongono. L’immagine principale è un composito a falsi colori di dati infrarossi provenienti da Spitzer e dati visibili dal Kitt Peak National Observatory, Tucson, Arizona. La luce visibile delle stelle nelle galassie (blu e verde) è mostrata insieme alla luce infrarossa dalle nubi di polvere calde riscaldate da stelle neonate (rossa). I due nuclei delle galassie in fusione compaiono come aree giallo-bianche, l’una sopra l’altra. Le nubi più brillanti di stelle in formazione si trovano nell’area di sovrapposizione tra e a sinistra dei nuclei. Il pannello in alto a destra mostra l’immagine di Spitzer da sola. Questa foto è stata scattata dalla camera a matrice infrarossa ed è una combinazione della luce infrarossa che va da 3.6 micron (mostrata in blu) a 8.0 micron (mostrata in rosso). L’emissione di polvere (rossa) è di gran lunga la caratteristica più forte in questa immagine. La luce stellare è stata sistematicamente sottratta dai dati a lunghezza d’onda più lunga (rossa) per enfatizzare le caratteristiche della polvere. Il pannello in basso a destra mostra l’immagine a colori veri, visibile per conto suo. Qui troviamo una vista sorprendentemente diversa, con le brillanti caratteristiche di formazione stellare viste nell’immagine di Spitzer incastonate all’interno di scure nubi di polvere. Credito immagine: NASA/JPL-Caltech/Z. Wang (Harvard-Smithsonian CfA); Visibile: M. Rushing/NOAO

NGC 4038 e NGC 4039 ospitano anche massicci cluster globulari che potrebbero essersi formati a seguito della fusione galattica. Questi cluster sono molto più giovani rispetto alla maggior parte dei cluster globulari noti. Si ritiene che si siano formati nelle regioni più dense delle nubi molecolari compresse all’interno delle galassie. La maggior parte dei super cluster stellari formati nelle Antenne si disperderà entro i primi 10 milioni di anni. Gli astronomi hanno previsto che solo il 10% di questi cluster durerà più a lungo. Circa un centinaio dei più massicci sopravviverà per eventualmente formare regolari cluster globulari, simili a quelli presenti nella nostra galassia, la Via Lattea. NGC 4038 e NGC 4039 erano due galassie separate circa 1.2 miliardi di anni fa. NGC 4039, la più grande delle due, era una galassia spirale, mentre NGC 4038 era una galassia spirale con barre. Le due galassie iniziarono ad avvicinarsi circa 900 milioni di anni fa. A quel punto, la coppia appariva simile alle galassie spirali in collisione NGC 2207 e IC 2163, situate nella costellazione del Cane Maggiore.

Le Galassie Antenne (note anche come NGC 4038 e 4039) sono una coppia di galassie spirale in collisione distorte nella costellazione del Corvo. Questa vista combina le osservazioni dell’ALMA, effettuate in due diverse gamme di lunghezza d’onda durante la fase di collaudo precoce dell’osservatorio, con le osservazioni della luce visibile del Telescopio Spaziale Hubble della NASA/ESA. Credito immagine: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO). Immagine in luce visibile: il Telescopio Spaziale Hubble della NASA/ESA.

Le Galassie Antenne si ritiene che siano passate l’una attraverso l’altra circa 600 milioni di anni fa, quando potrebbero aver assomigliato alle Galassie Topo (NGC 4676), una coppia di galassie spirale interagenti nella costellazione Coma Berenices. Trecento milioni di anni dopo, le stelle di entrambe le galassie iniziarono a essere rilasciate nello spazio intergalattico. Di conseguenza, ora ci sono due scie di stelle espulse che si estendono molto oltre NGC 4038 e NGC 4039, producendo la forma ad antenna. I nuclei delle Galassie Antenne sono in procinto di unirsi per formare una galassia più grande e singola. Questo avverrà entro i prossimi 400 milioni di anni. Le simulazioni della collisione galattica indicano che, man mano che i nuclei delle galassie si uniscono per formare un nucleo unico, le due galassie formeranno eventualmente una singola gigantesca galassia ellittica.

Un’immagine del Very Large Telescope (VLT) delle Galassie Antenne ci offre uno dei migliori punti di vista in luce visibile di questa straordinaria coppia di galassie in collisione con forme drammaticamente distorte. Questo straordinario oggetto prende il suo nome dai lunghi “bracci” simili a antenne che si estendono lontano dai nuclei delle due galassie, meglio visibili in immagini a campo largo da telescopi terrestri. Questa vista del VLT si concentra invece sui nuclei delle galassie, dove sta avvenendo l’azione reale mentre le due galassie si fondono in una singola galassia gigante. Stimolati dalle onde d’urto create dalla loro lotta gravitazionale, le due galassie sono diventate punteggiate di giovani stelle blu brillanti nelle regioni di formazione stellare, circondate da gas idrogeno luminoso, mostrato qui in rosa. Le due macchie giallo pallido sono i nuclei delle galassie originali, illuminate dalla luce di stelle vecchie e delineate da delicate linee di polvere. Le Galassie Antenne sono state immortalate nel 2006 da uno delle immagini più famose del Telescopio Spaziale Hubble della NASA/ESA (composta dal gruppo Hubble della ESA residente presso l’ESO). Immagine: ESO NGC 4038 e NGC 4039 stanno passando l’una attraverso l’altra ad una velocità molto alta, a centinaia di chilometri al secondo. Il motivo per cui la fusione galattica richiede centinaia di milioni di anni per completarsi è l’enorme dimensione delle galassie. Le code mareali delle galassie si formarono 200-300 milioni di anni fa, durante il primo incontro fra le galassie. Quando le galassie collisero e passarono l’una attraverso l’altra, alcune delle loro stelle, polvere e gas furono strappati in lunghe code di materiale. Le due code alla fine torneranno nella nuova galassia ellittica formata o andranno perse nello spazio.

Questa immagine dal Telescopio Spaziale Hubble offre uno sguardo dettagliato a un brillate “spettacolo pirotecnico” al centro di una collisione tra due galassie. Hubble ha scoperto oltre 1.000 cluster giovani e brillanti in esplosione a causa della collisione frontale. I nuclei delle due galassie gemelle sono le macchie arancioni, a sinistra e a destra del centro dell’immagine, attraversate da filamenti di polvere scura. Un ampio fascio di polvere caotica, chiamato regione di sovrapposizione, si estende tra i nuclei delle due galassie. I modelli a spirale che si estendono, tracciati dai brillanti cluster di stelle blu, mostrano il risultato di un incendio di attività di nascita stellare innescata dalla collisione. Questa immagine in colore naturale è un composito di quattro immagini separate filtrate scattate con la Wide Field Planetary Camera 2 (WFPC2), il 20 gennaio 1996. La risoluzione è di 15 anni luce per pixel (elemento dell’immagine). Credito immagine: NASA/ESA/HST Brad Whitmore (HST)

Le Galassie Antenne sono state riprese dal Telescopio Spaziale Hubble della NASA/ESA nel 1997 e nel 2006. L’immagine del 1997 è stata scattata con la Wide Field and Planetary Camera 2 (WFPC2) e quella del 2006 è stata catturata con la Advanced Camera for Surveys (ACS). Un’immagine rilasciata nel 2013 ha combinato osservazioni nelle lunghezze d’onda visibile, ultravioletta e infrarossa ottenute con la Wide Field Camera 3 di Hubble con i dati precedentemente acquisiti con la Advanced Camera for Surveys.

Fatti

Le Galassie Antenne sono state scoperte dall’astronomo britannico di origine tedesca Sir William Herschel il 7 febbraio 1785. Inizialmente furono classificate come una nebulosa planetaria. Il figlio di William Herschel, John, catalogò le galassie come h 1052 e h 1053 nel suo catalogo del 1833. In seguito, le elencò come GC 2670 e GC 2671 nel suo Catalogo Generale del 1864. L’astronomo danese John Louis Emil Dreyer incluse le galassie come NGC 4038 e NGC 4039 nel Nuovo Catalogo Generale. Le Galassie Antenne sono membri del Gruppo NGC 4038. Il gruppo contiene tra 13 e 27 galassie membri. I membri più brillanti includono anche la galassia spirale non a barre NGC 3981, la spirale a barre NGC 4027 e la galassia ellittica NGC 4033. Il Gruppo NGC 4038 è parte del Superammasso della Vergine, che contiene anche il Gruppo Locale, la casa della galassia Via Lattea.

Il Gruppo NGC 4038, immagine: Wikisky. Le Galassie Antenne furono tra le coppie galattiche utilizzate per modellare la sequenza di collisione e fusione per l’evoluzione delle galassie negli anni ’70. Le prime simulazioni delle fusioni galattiche furono condotte dall’astronomo e matematico americano Alar Toomre e da suo fratello Jüri, un astrofisico. Utilizzarono le Galassie Antenne, Arp 295 nella costellazione dell’Acquario, la Galassia Vortice (Messier 51) e NGC 5195 nei Cani Venatici, e le Galassie Topo (NGC 4676) in Coma Berenices per creare i modelli. La sequenza di collisione e fusione è nota come sequenza di Toomre. Cinque supernovae sono state osservate nelle Galassie Antenne: SN 1921A nel 1921, SN 1974E nel 1974, SN 2004GT nel 2004, SN 2007sr nel 2007 e SN 2013dk nel 2013. La SN 1921A fu scoperta dagli astronomi americani Edwin Hubble e John C. Duncan in NGC 4039 il 1° marzo 1921. Raggiunse un massimo di magnitudine 16.0 il 7 marzo. La SN 1974E fu una supernova di tipo II scoperta dall’astronomo ungherese Miklós Lovas il 21 marzo 1974. Si verificò in NGC 4038 e raggiunse un picco di magnitudine 14.0.

Un’immagine bellissima di due galassie in collisione è stata rilasciata dai Grandi Osservatori della NASA. Le Galassie Antenne sono mostrate in questa immagine composita dall’Osservatorio Chandra a raggi X (blu), dal Telescopio Spaziale Hubble (oro e marrone) e dal Telescopio Spaziale Spitzer (rosso). Le Galassie Antenne prendono il loro nome dai lunghi “bracci” simili a antenne, visibili nelle immagini a grande angolo del sistema. Queste caratteristiche sono state prodotte dalle forze mareali generate dalla collisione. La collisione, che è iniziata più di 100 milioni di anni fa e sta ancora avvenendo, ha innescato la formazione di milioni di stelle in nubi di polvere e gas nelle galassie. Le stelle giovani più massicce hanno già accelerato la loro evoluzione in pochi milioni di anni ed esplose come supernovae. L’immagine a raggi X di Chandra mostra enormi nubi di gas interstellare caldo iniettate con ricchi depositi di elementi provenienti da eventi di supernova. Questo gas arricchito, che include elementi come ossigeno, ferro, magnesio e silicio, sarà incorporato nelle nuove generazioni di stelle e pianeti. Le fonti brillanti e puntiformi nell’immagine sono prodotte da materiale che cade su buchi neri e stelle di neutroni, che sono i resti delle masse stellari. Alcuni di questi buchi neri potrebbero avere masse quasi cento volte superiori a quella del Sole. I dati di Spitzer mostrano luce infrarossa proveniente da nubi di polvere calde riscaldate da stelle neonate, con le nubi più brillanti situate nella regione sovrapposta tra le due galassie. I dati di Hubble rivelano stelle vecchie e regioni di formazione stellare in oro e bianco, mentre filamenti di polvere appaiono in marrone. Molti degli oggetti più deboli nell’immagine ottica sono cluster contenenti migliaia di stelle. L’immagine di Chandra è stata scattata nel dicembre del 1999. L’immagine di Spitzer è stata scattata nel dicembre del 2003. L’immagine di Hubble è stata scattata nel luglio del 2004 e nel febbraio del 2005. Credito: NASA, ESA, SAO, CXC, JPL-Caltech e STScI.

La SN 2004GT fu classificata come una supernova di tipo Ic. Si verificò nel braccio spirale occidentale di NGC 4038 il 12 dicembre 2004 e raggiunse un picco di magnitudine 14.7. Si ritiene che la stella progenitrice fosse stata una stella Wolf-Rayet con una massa oltre 40 volte quella del Sole, oppure una stella con una massa di 20 – 40 masse solari che faceva parte di un sistema binario. La SN 2007sr fu una supernova di tipo I che si verificò in NGC 4038 il 7 dicembre 2007. Raggiunse un picco di magnitudine 12.7 cinque giorni dopo. La SN 2013dk fu classificata come una supernova di tipo Ic. Fu avvistata in NGC 4038 e aveva una magnitudine apparente di 15.8 al momento della scoperta.

Una delle prime immagini dallo strumento VIMOS, ottenuta subito dopo il momento della “prima luce” il 26 febbraio 2002. Mostra le famose “Galassie Antenne” (NGC 4038/9), il risultato di una recente collisione tra due galassie. Credito immagine: ESO. Un studio dell’Osservatorio a raggi X Chandra delle Galassie Antenne ha rivelato che le galassie contengono considerevoli quantità di elementi necessari per la formazione di pianeti abitabili, inclusi magnesio, neon e silicio. La distanza tra i centri delle galassie è stimata intorno ai 30.000 anni luce. Si ritiene che i nuclei di NGC 4038 e NGC 4039 contengano principalmente stelle vecchie.

Posizione

Le Galassie Antenne sono situate nella costellazione del Corvo. Appaiono nella stessa area del cielo di Spica’s Spanker, un asterismo quadrangolare formato dalle quattro stelle più brillanti del Corvo (Gienah, Kraz, Algorab e Minkar). L’asterismo appare vicino a Spica, la stella più luminosa della costellazione della Vergine e la 16ª stella più luminosa del cielo. Le galassie possono essere trovate 3.25 gradi a sud-ovest di Gienah (Gamma Corvi), la stella più luminosa del Corvo, e solo 0.25 gradi a nord della più debole 31 Crateris nella costellazione adiacente del Cratere. Possono essere osservate con un telescopio di media grandezza in una notte chiara e buia. Anche in un telescopio più grande appaiono come una cometa sfocata e dimessa.

La posizione delle Galassie Antenne (NGC 4038 e NGC 4039) nel Corvo, immagine: Roberto Mura (CC BY-SA 3.0). Il periodo migliore dell’anno per osservare le Galassie Antenne e altri oggetti del cielo profondo nel Corvo è il mese di maggio, quando la costellazione è più alta sopra l’orizzonte nelle ore serali.