Gli astronomi impiegano spesso la Via Lattea come riferimento per indagare su come si formano ed evolvono le galassie. Essendo situati al suo interno, possono analizzarla in dettaglio grazie a telescopi avanzati. Esaminando la galassia in diverse lunghezze d’onda, astronomi e astrofisici riescono a comprendere la sua popolazione stellare, la dinamica del gas e altre caratteristiche con una precisione ben superiore rispetto a galassie lontane.
Tuttavia, recenti ricerche che analizzano 101 galassie simili alla Via Lattea rivelano come quelle galassie differiscano da essa.
Un metodo efficace per comprendere i fenomeni è confrontarli e metterli a contrasto con altri appartenenti alla stessa classe, una tecnica che apprendiamo fin dalla scuola. I sondaggi sono strumenti utili per comparare e differenziare, e i sondaggi astronomici hanno fornito una quantità enorme di dati fondamentali per questo scopo. Il Sloan Digital Sky Survey (SDSS), il Two Micron All Sky Survey (2MASS) e la missione Gaia dell’ESA sono esempi di grande rilievo.
Il Sondaggio dei Satelliti attorno agli Analoghi Galattici (SAGA) rappresenta un ulteriore esempio, e la sua terza pubblicazione dei dati è al centro di tre nuovi studi. Questi studi si basano su 101 galassie simili in massa alla Via Lattea, ognuno dei quali affronta un aspetto diverso del confronto tra queste galassie e la nostra.
Le ricerche indicano che le galassie si formano all’interno di enormi aloni di materia oscura, una sostanza sfuggente che non interagisce con la luce. L’85% della materia nell’Universo è composto da questa misteriosa materia oscura, mentre solo il 15% è materia normale o barionica, quella che forma pianeti, stelle e galassie. Sebbene non siamo in grado di vedere questi aloni massivi, gli astronomi possono osservare i loro effetti. La loro gravità attrae la materia normale, contribuendo alla creazione di galassie e stelle.
Gli aloni di materia oscura fanno parte della Struttura su Grande Scala dell’Universo, la rete cosmica di materia oscura, cluster di galassie e supercluster che costituiscono il “colonna vertebrale” dell’Universo. Credito immagine simulata: Ralf Kaehler/SLAC National Accelerator Laboratory.
SAGA ha come obiettivo comprendere come funzionano gli aloni di materia oscura. Esamina galassie satelliti a bassa massa attorno a galassie simili in massa alla Via Lattea. Questi satelliti possono essere catturati e attratti all’interno degli aloni di materia oscura di galassie più grandi. SAGA ha trovato diverse centinaia di queste galassie satelliti che orbitano attorno a 101 galassie della massa della Via Lattea.
“La Via Lattea si è rivelata un laboratorio di fisica straordinario, non solo per la fisica della formazione delle galassie, ma anche per la fisica della materia oscura,” si osserva al SAGA. “Tuttavia, la Via Lattea è solo un sistema e potrebbe non essere tipica di come si siano formate altre galassie. Ecco perché è fondamentale trovare galassie simili e compararle.”
Il confronto tra la Via Lattea e le altre 101 ha rivelato alcune differenze significative.
“I nostri risultati indicano che non possiamo limitare i modelli di formazione delle galassie solo alla Via Lattea,” afferma un esperto di fisica delle particelle e astrofisica. “Dobbiamo considerare l’intera distribuzione di galassie simili nell’universo.”
La terza pubblicazione dei dati del SAGA include 378 satelliti trovati in 101 sistemi di massa MW, e il primo articolo si concentra sui satelliti. Solo una ricerca meticolosa è stata in grado di identificarli. Quattro di essi appartengono alla Via Lattea, inclusi i noti Gran e Piccolo Nube di Magellano.
Questa figura mostra come SAGA si confronta con altri sforzi per trovare galassie satelliti. Credito immagine: Mao et al. 2024.
“C’è un motivo se nessuno ha mai provato a farlo prima,” osserva l’esperto. “È un progetto davvero ambizioso. Abbiamo dovuto utilizzare tecniche ingegnose per filtrare queste 378 galassie in orbita tra migliaia di oggetti sullo sfondo. È un vero e proprio problema di cercare un ago in un pagliaio.”
SAGA ha scoperto che il numero di satelliti per galassia varia da zero a 13. Secondo il primo articolo, la massa del satellite più massiccio è un forte indicatore della abbondanza di satelliti. “Un terzo dei sistemi SAGA contiene satelliti di massa LMC, e tendono a possederne più rispetto alla MW,” afferma l’articolo. La Via Lattea è un caso isolato in questo senso, e questa è una delle ragioni per cui è atipica.
Il secondo studio si concentra sulla formazione stellare nei satelliti. Il tasso di formazione stellare (SFR) è una metrica importante per comprendere l’evoluzione delle galassie. La ricerca evidenzia che la formazione stellare è ancora attiva nelle galassie satelliti, ma più queste sono vicine all’ospite, più lenta è la loro SFR. È possibile che il maggiore attrito dell’alone di materia oscura vicino alla galassia stia sopprimendo la formazione stellare?
“I nostri risultati suggeriscono che i satelliti a bassa massa e quelli all’interno di 100 kpc sono effettivamente soppressi in un ambiente simile alla Via Lattea, con processi in atto sufficientemente lenti da preservare una popolazione di satelliti in formazione stellare a tutte le masse e raggi proiettati,” afferma il secondo articolo.
Tuttavia, nelle galassie satelliti della Via Lattea, solo le Nubi di Magellano stanno ancora formando stelle, con la distanza radiale che gioca un ruolo. “Abbiamo un mistero da risolvere,” afferma l’esperto. “Cosa ha provocato nella Via Lattea la soppressione della formazione stellare in questi piccoli satelliti a bassa massa? Forse, a differenza di una galassia ospite tipica, la Via Lattea possiede una combinazione unica di satelliti più anziani che hanno cessato la formazione stellare e quelli più recenti e attivi – LMC e SMC – che sono entrati di recente nell’alone di materia oscura della Via Lattea.”
Questa figura della ricerca mostra il SFR (a sinistra) e il SFR specifico (a destra) per le galassie satelliti nello studio. Lo SFR specifico si differenzia dallo SFR poiché è diviso per la massa stellare totale della galassia. Lo SFR specifico indica fondamentalmente agli astronomi quanto velocemente la galassia cresce in relazione alla sua dimensione. Viene utilizzato per confrontare l’efficienza della formazione stellare tra galassie di dimensioni diverse. I quadrati grigi rappresentano gli ospiti di SAGA, mentre le stelle sono le Nubi di Magellano. Credito immagine: Geha et al. 2024.
Questo rappresenta un’altra ragione per cui la nostra galassia è atipica.
Quali sono gli aloni di materia oscura più piccoli attorno alle galassie satelliti? Quale ruolo giocano?
“Per me, la frontiera è capire cosa sta facendo la materia oscura su scale più piccole rispetto alla Via Lattea, come con gli aloni di materia oscura minori che circondano questi piccoli satelliti,” sostiene l’esperto.
Il terzo articolo confronta la terza pubblicazione dei dati di SAGA con simulazioni al computer. Gli autori hanno sviluppato un nuovo modello per la soppressione nelle galassie con massa solare minore o uguale a 109. Il loro modello è vincolato dai dati di SAGA sulle 101 galassie, e i ricercatori lo hanno quindi comparato a galassie isolate campione del Sloan Digital Sky Survey.
Il modello ha riprodotto con successo la funzione di massa stellare dei satelliti, i loro SFR medi e le frazioni soppresse nei satelliti. Ha mantenuto anche l’SFR in galassie satelliti più isolate e ha osservato un aumento della soppressione nei satelliti più vicini.
Questa figura della ricerca mostra la distribuzione della massa stellare rispetto alla massa dell’alone, con i contorni grigi che rappresentano 2.500 ospiti simulati simili a Saga. Mostra che il loro modello riproduce con successo gran parte di ciò che ha trovato SAGA. Credito immagine: Wang et al. 2024.
Il modello richiede ulteriori test con osservazioni, e gli autori sottolineano che i sondaggi spettroscopici sono un passo logico successivo. Questi sondaggi potrebbero rispondere a domande sul ruolo del feedback interno nei satelliti a bassa massa, sulla loro massa, accrescimento di gas e l’influenza che la materia oscura esercita su di essi, e sui processi gassosi specifici per i satelliti.
SAGA fornisce un punto di riferimento per avanzare nella comprensione dell’universo attraverso lo studio dettagliato delle galassie satelliti in sistemi oltre la Via Lattea,” concludono gli esperti. “Sebbene abbiamo raggiunto il nostro obiettivo iniziale di mappare i satelliti luminosi in 101 galassie ospiti, c’è ancora molto lavoro da fare.”