Via Lattea: è un’anomalia tra le galassie simili

Per decenni, gli scienziati hanno usato la Via Lattea come modello per capire come si formano le galassie. Ma tre nuovi studi sollevano dubbi sul fatto che la Via Lattea sia veramente rappresentativa di altre galassie nell’universo.

 

 

“La Via Lattea è stata un incredibile laboratorio di fisica, anche per la fisica della formazione delle galassie e la fisica della materia oscura”, ha detto Risa Wechsler, professoressa di Scienze Umane e Scienze e professoressa di fisica presso la School of Humanities and Sciences. Ma la Via Lattea è solo un sistema e potrebbe non essere tipica di come si sono formate le altre galassie. Ecco perché è fondamentale trovare galassie simili e confrontarle”.

Per raggiungere questo obiettivo, Wechsler ha co-fondato la Satellites Around Galactic Analogs (SAGA) Survey dedicata al confronto di galassie di massa simile alla Via Lattea.

Dopo più di un decennio di scansione dell’universo, il team SAGA ha identificato e studiato 101 analoghi simili alla Via Lattea come primo passo nella sua ricerca in corso.

I risultati, pubblicati in tre studi nel numero del 18 novembre di The Astrophysical Journal, rivelano che, per molti versi, la storia evolutiva della Via Lattea è diversa da quella di altre galassie di dimensioni comparabili.

“I nostri risultati mostrano che non possiamo vincolare i modelli di formazione delle galassie solo alla Via Lattea”, ha detto Wechsler, che è anche professore di fisica delle particelle e astrofisica presso lo SLAC National Accelerator Laboratory.

“Dobbiamo guardare a quella distribuzione completa di galassie simili in tutto l’universo”.

Oltre a Wechsler, il progetto SAGA è guidato dalla professoressa Marla Geha dell’Università di Yale e da Yao-Yuan Mao, ex studente di dottorato di Wechsler a Stanford, ora assistente professore all’Università dello Utah. Tutti e tre sono co-autori degli studi appena pubblicati.

La Via Lattea è fatta di materia atomica ordinaria, come l’idrogeno e il ferro. Ma la materia ordinaria rappresenta solo circa il 15% della materia nell’universo. Il restante 85% è materia oscura misteriosa e invisibile.

“Nessuno sa di cosa sia fatta la materia oscura”, ha detto Wechsler. “Non interagisce con la materia ordinaria o la luce. Probabilmente c’è della materia oscura che ti attraversa in questo momento e tu non lo sai nemmeno”.

Gli studi dimostrano che le galassie si formano all’interno di regioni massicce di materia oscura chiamate aloni.

Un alone di materia oscura può essere invisibile, ma le sue enormi dimensioni creano una forza gravitazionale abbastanza forte da attirare la materia ordinaria dallo spazio e trasformarla in stelle e galassie.

Un obiettivo chiave della SAGA Survey è quello di determinare in che modo gli aloni di materia oscura influenzino l’evoluzione galattica.

Per iniziare, il team SAGA si è concentrato sui satelliti galattici, piccole galassie che orbitano attorno a galassie ospiti molto più grandi come la Via Lattea.

I ricercatori hanno identificato quattro delle galassie satelliti più luminose della Via Lattea, tra cui le due più grandi, note come la Grande e la Piccola Nube di Magellano (LMC e SMC).

Gli scienziati hanno quindi condotto una scrupolosa ricerca di satelliti attorno ad altre galassie ospiti di massa simile.

Utilizzando l’imaging telescopico, alla fine hanno identificato 378 galassie satelliti che circondano 101 ospiti simili alla Via Lattea.

“C’è un motivo per cui nessuno l’ha mai provato prima”, ha detto Wechsler.

“È un progetto davvero ambizioso. Abbiamo dovuto usare tecniche intelligenti per separare quelle 378 galassie orbitanti da migliaia di oggetti sullo sfondo. È un vero problema di ago nel pagliaio”.

In uno dei tre nuovi studi SAGA, i ricercatori hanno scoperto che il numero di satelliti per galassia ospite varia da 0 a 13. I quattro satelliti osservabili della Via Lattea rientrano in questo intervallo.

Lo studio ha anche rivelato che le galassie ospiti con grandi satelliti, di dimensioni simili alle galassie massicce LMC e SMC della Via Lattea, tendono ad avere complessivamente più satelliti.

Ma la Via Lattea ospita in realtà meno satelliti rispetto a galassie simili, il che la rende un’eccezione tra i suoi pari.

Un secondo studio si è concentrato sulla formazione stellare nelle galassie satelliti, una metrica importante per capire come si evolvono le galassie. Lo studio ha scoperto che in una tipica galassia ospite, i satelliti più piccoli stanno ancora formando stelle.

Ma nella Via Lattea, la formazione stellare avviene solo nei massicci satelliti LMC e SMC. Tutti i satelliti più piccoli hanno smesso di formare stelle.

“Ora abbiamo un puzzle”, ha detto Wechsler. “Cosa nella Via Lattea ha causato l’estinzione della formazione stellare di questi piccoli satelliti di massa inferiore? Forse, a differenza di una tipica galassia ospite, la Via Lattea ha una combinazione unica di satelliti più vecchi che hanno cessato la formazione stellare e di quelli più recenti e attivi – LMC e SMC – che solo di recente sono caduti nell’alone di materia oscura della Via Lattea”.

Lo studio ha anche scoperto che la formazione stellare si ferma tipicamente nelle galassie satelliti situate più vicino all’ospite, forse a causa dell’attrazione gravitazionale degli aloni di materia oscura all’interno e intorno alla galassia ospite.

“Per me, la frontiera è capire cosa sta facendo la materia oscura su scale più piccole della Via Lattea, come con gli aloni di materia oscura più piccoli che circondano questi piccoli satelliti”, ha detto Wechsler.

Il terzo studio, condotto dal dottorando di Stanford Yunchong “Richie” Wang, confronta i nuovi dati con le simulazioni al computer e chiede lo sviluppo di un nuovo modello di formazione delle galassie basato in parte sulla SAGA Survey.

“SAGA fornisce un punto di riferimento per far progredire la nostra comprensione dell’universo attraverso lo studio dettagliato delle galassie satelliti in sistemi oltre la Via Lattea”, ha detto Wechsler. “Anche se abbiamo raggiunto il nostro obiettivo iniziale di mappare satelliti luminosi in 101 galassie ospiti, c’è ancora molto lavoro da fare”.

 

Immagine: Yao-Yuan Mao, with images from the DESI Legacy Surveys Sky Viewer