Utilizzando i dati della survey Kilo Degree Survey (KiDS), una delle campagne osservative pubbliche del telescopio VST, e grazie agli spettri ottenuti utilizzando lo spettrografo ottico e infrarosso X-Shooter sul VLT, un gruppo di ricercatori italiani, dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) e di altre istituzioni internazionali, ha trovato due galassie estremamente rare, definite relic. Il lavoro di ricerca che ha portato alla conferma di due nuove relic si è svolto nell’ambito del progetto INSPIRE, i cui risultati sono in via di pubblicazione sulla rivista Astronomy & Astrophysics.
Secondo lo scenario evolutivo più accreditato, le galassie con più massa si sono formate attraverso due fasi distinte. Dopo pochi miliardi di anni dalla nascita del cosmo, si formano delle galassie di piccole dimensioni, la cui luce è in gran parte prodotta da stelle giovani di colore blu, e per questo chiamate blue nugget (dall’inglese, pepite blu). Successivamente, esse interrompono la propria formazione stellare, trasformandosi in galassie con un’enorme massa ma molto compatte. Il loro colore predominante diviene il rosso, e per questo vengono chiamate red nugget (letteralmente pepite rosse). Le red nugget sono ben lontane dal diventare i cuori delle galassie ellittiche giganti nell’Universo più vicino a noi. Infatti, nella seconda fase, che è molto più estesa nel tempo, esse accrescono le loro dimensioni, probabilmente tramite la fusione con galassie di dimensioni più piccole. Ma per propria natura queste fusioni di galassie sono processi del tutto fortuiti, e quindi si potranno verificare delle eccezioni, e cioè potrà accadere che alcune red nugget non si fondano mai con altre galassie. Queste galassie restano molto compatte, pur contenendo moltissime stelle, e trascorrono la loro esistenza sole e indisturbate nell’universo, come dei relitti.
A capo del progetto INSPIRE c’è Chiara Spiniello, Hintze Fellow alla Università di Oxford e affiliata presso l’INAF di Napoli: “Siamo riusciti ad ottenere la possibilità di analizzare la luce di 52 candidate relic, grazie al programma osservativo INSPIRE, raccogliendo dati spettroscopici con lo strumento X-Shooter, montato sul VLT. In questo articolo preliminare, per poter testare le nostre procedure e la strategia di osservazione e analisi dei dati, ci siamo concentrati sull’analisi delle prime tre di queste galassie selezionate precedentemente, candidate relic, con lo scopo di determinarne la natura. Due galassie, KiDS J0847+0112 e KiDS J0224-3143, sono state confermate come relic, e si aggiungono alle sole altre tre osservate e studiate in dettaglio fino ad oggi”.
Crescenzo Tortora, secondo autore dell’articolo e co-PI del progetto per l’INAF di Napoli, aggiunge: “Il progetto parte da lontano, dal 2015, quando abbiamo iniziato ad utilizzare i dati della survey KiDS@VST per cercare galassie con tanta massa ma estremamente compatte. Sapevamo che queste galassie erano estremamente rare nell’Universo locale, ma grazie alle vaste aree coperte dalla survey e la qualità dei dati osservati, abbiamo potuto osservare un volume più ampio dell’Universo, aumentandone sostanzialmente il numero. Siamo riusciti a mettere assieme un migliaio di candidate a distanze di 2-3 miliardi di anni luce da noi. Di queste, un centinaio sono state sottoposte a osservazioni spettroscopiche preliminari, attraverso l’uso di circa 150 ore osservate su telescopi situati alle Canarie o in Cile. Ma mancava ancora un ingrediente per poter selezionare tra queste galassie le relic, quindi quelle galassie non solo massive e piccole, ma anche molto vecchie e con una formazione stellare avvenuta molto velocemente e interrottasi molto presto”.
“X-Shooter è l’unico strumento per i nostri scopi, e quindi capace di osservare in un sol colpo la luce proveniente da una vasta regione spettrale, dall’ultra-violetto all’infrarosso, tale da permetterci di misurare l’età delle stelle, la composizione chimica e la proporzione di stelle di diversa massa, la cosiddetta funzione di massa iniziale”, specifica Giuseppe D’Ago, della Pontificia Universidad Católica de Chile e affiliato all’INAF di Napoli. E continua: “In questo primo articolo, analizzando i dati ottici di tre candidate, abbiamo dimostrato l’efficacia delle osservazioni, determinandone la storia di formazione stellare. Due delle tre galassie mostrano una formazione stellare che si è interrotta poco dopo la loro nascita, che è avvenuta molto indietro nel tempo, pochi miliardi di anni dalla nascita dell’universo, in un’epoca compatibile con quella delle red nugget”.
“i”, conclude Spiniello, “ha già raccolto dati per altre 20 galassie, e dopo una sosta causata dalla pandemia che ci ha afflitti, ha ripreso a macinare e produrre nuovi dati. Confidiamo di poter riuscire a scoprire altre galassie relic, aggiungendo alle tre note nell’universo locale, e alle due scoperte in questo articolo preliminare, altre galassie nel prossimo anno. Siamo eccitati, perché stiamo scoprendo delle galassie estremamente rare, ma al contempo altrettanto preziose per capire come si sono evolute le galassie massive ed eventualmente fornire nuovi tasselli in favore dello scenario a due fasi. Sicuramente le simulazioni cosmologiche dovranno essere in grado di spiegare il numero di relic che noi troveremo con INSPIRE. Questa potrebbe essere una sfida molto difficile e potrebbe portare ad una riconsiderazione dei modelli di formazione ed evoluzione delle strutture nell’Universo”.
L’articolo “INSPIRE: INvestigating Stellar Population In RElics – I. Survey presentation and pilot study”, di Spiniello, C.; Tortora, C.; D’Ago, G.; Coccato, L.; La Barbera, F.; Ferré-Mateu, A.; Napolitano, N. R.; Spavone, M.; Scognamiglio, D.; Arnaboldi, M.; Gallazzi, A.; Hunt, L.; Moehler, S.; Radovich, M.; Zibetti, S. è stato accettato per la pubblicazione sulla rivista Astronomy & Astrophysics.
