Gli astronomi hanno identificato quelli che potrebbero essere due dei primi elementi costitutivi della Via Lattea: chiamati “Shakti” e “Shiva”, questi sembrano essere i resti di due galassie che si sono fuse tra 12 e 13 miliardi di anni fa con una prima versione della Via Lattea, contribuendo alla crescita iniziale della nostra galassia. La nuova scoperta è l’equivalente astronomico degli archeologi che identificano le tracce di un insediamento iniziale che crebbe fino a diventare una grande città attuale. Ha richiesto la combinazione dei dati di quasi 6 milioni di stelle della missione Gaia dell’ESA con le misurazioni della survey SDSS.
La storia primordiale della nostra galassia, la Via Lattea, è quella dell’unione di galassie più piccole, il che crea elementi costitutivi piuttosto grandi.
Ora, Khyati Malhan e Hans-Walter Rix del Max Planck Institute for Astronomy sono riusciti a identificare quelli che potrebbero essere due dei primi elementi costitutivi che possono essere riconosciuti come tali ancora oggi: frammenti proto-galattici che si sono fusi con una prima versione della nostra Via Lattea tra 12 e 13 miliardi di anni fa, proprio all’inizio dell’era della formazione delle galassie nell’Universo.
I componenti, che gli astronomi hanno chiamato Shakti e Shiva, sono stati identificati combinando i dati del satellite astrometrico Gaia dell’ESA con i dati della survey SDSS.
Per gli astronomi, il risultato è l’equivalente di trovare tracce di un insediamento iniziale che è cresciuto fino a diventare una grande città attuale.
I risultati sono stati pubblicati sull’Astrophysical Journal.
Tracciare le origini di stelle provenienti da altre galassie
Quando le galassie si scontrano e si fondono, diversi processi avvengono in parallelo.
Ogni galassia porta con sé il proprio serbatoio di idrogeno gassoso.
Al momento della collisione, queste nubi di idrogeno gassoso vengono destabilizzate e numerose nuove stelle si formano all’interno.
Naturalmente, anche le galassie in arrivo hanno già le loro stelle e, in una fusione, le stelle delle galassie si mescoleranno.
A lungo termine, tali “stelle accresciute” rappresenteranno anche parte della popolazione stellare della galassia combinata di nuova formazione.
Una volta completata la fusione, potrebbe sembrare senza speranza identificare quali stelle provengono da quale galassia predecessore. Ma in realtà, almeno alcuni modi per risalire all’ascendenza stellare esistono.
L’aiuto viene dalla fisica di base.
Quando le galassie si scontrano e le loro popolazioni stellari si mescolano, la maggior parte delle stelle conserva proprietà molto basilari, che sono direttamente collegate alla velocità e alla direzione della galassia in cui hanno avuto origine.
Le stelle della stessa galassia pre-fusione condividono valori simili sia per la loro energia che per quello che i fisici chiamano momento angolare, la quantità di moto associata al moto orbitale o alla rotazione.
Per le stelle che si muovono nel campo gravitazionale di una galassia, sia l’energia che il momento angolare sono conservati: rimangono gli stessi nel tempo. Cerca grandi gruppi di stelle con valori simili e insoliti per l’energia e il momento angolare ed è probabile che tu possa trovare un residuo di fusione.
Ulteriori puntatori possono facilitare l’identificazione. Le stelle che si sono formate più di recente contengono elementi più pesanti, quelli che gli astronomi chiamano “metalli”, rispetto alle stelle che si sono formate molto tempo fa.
Più basso è il contenuto di metallo (“metallicità”), prima si è formata la stella.
Quando si cerca di identificare stelle che esistevano già 13 miliardi di anni fa, si dovrebbero cercare stelle con un contenuto di metalli molto basso (“poveri di metalli”).
Scavi virtuali in un grande set di dati
Identificare le stelle che si sono unite alla nostra Via Lattea come parti di un’altra galassia è diventato possibile solo in tempi relativamente recenti. Richiede set di dati grandi e di alta qualità e l’analisi comporta il setacciamento dei dati in modi intelligenti in modo da identificare la classe di oggetti ricercata.
Questo tipo di set di dati è disponibile solo da pochi anni.
Il satellite di astrometria Gaia dell’ESA fornisce un set di dati ideale per questo tipo di archeologia galattica basata sui big data.
Lanciato nel 2013, ha prodotto un set di dati sempre più accurato nell’ultimo decennio, che ora include posizioni, cambiamenti di posizione e distanze per quasi 1,5 miliardi di stelle all’interno della nostra galassia.
I dati di Gaia hanno rivoluzionato gli studi sulla dinamica delle stelle nella nostra galassia e hanno già portato alla scoperta di sottostrutture precedentemente sconosciute.
Questo include il cosiddetto flusso Gaia Encelado, un residuo della più recente fusione più grande che la nostra galassia ha subito, tra 8 e 11 miliardi di anni fa.
Comprende anche due strutture identificate nel 2022: il flusso del Ponto identificato da Malhan e colleghi e il “povero vecchio cuore” della Via Lattea identificato da Rix e colleghi.
Quest’ultima è una popolazione di stelle che si è formata durante le fusioni iniziali che hanno creato la proto-Via Lattea e continua a risiedere nella regione centrale della nostra galassia.
Tracce di Shakti e Shiva
Per la loro ricerca attuale, Malhan e Rix hanno utilizzato i dati di Gaia combinati con gli spettri stellari dettagliati della Sloan Digital Sky Survey (DR17). Questi ultimi forniscono informazioni dettagliate sulla composizione chimica delle stelle.
Malhan dice: “Abbiamo osservato che, per una certa gamma di stelle povere di metalli, le stelle erano affollate attorno a due specifiche combinazioni di energia e momento angolare”.
In contrasto con il “povero vecchio cuore”, che era visibile anche in quei grafici, i due gruppi di stelle che la pensavano allo stesso modo avevano un momento angolare relativamente grande, coerente con gruppi di stelle che avevano fatto parte di galassie separate che si erano fuse con la Via Lattea.
Malhan ha chiamato queste due strutture Shakti e Shiva, quest’ultima una delle principali divinità dell’induismo e la prima una forza cosmica femminile spesso ritratta come la consorte di Shiva.
I loro valori di energia e momento angolare, oltre alla loro bassa metallicità complessiva alla pari con quella del “povero vecchio cuore”, rendono Shakti e Shiva buoni candidati per alcuni dei primi antenati della nostra Via Lattea.
Rix dice: “Shakti e Shiva potrebbero essere le prime due aggiunte al ‘povero vecchio cuore’ della nostra Via Lattea, iniziando la sua crescita verso una grande galassia”.
Diverse survey che sono già in corso o che inizieranno nei prossimi due anni promettono dati aggiuntivi rilevanti, sia spettri (SDSS-V, 4MOST) che distanze precise (LSST/Rubin Observatory), dovrebbero consentire agli astronomi di prendere una decisione definitiva sul fatto che Shakti e Shiva siano davvero un assaggio della più antica preistoria della nostra galassia.
