Combinando i dati dei DESI Legacy Imaging Surveys e del telescopio Gemini South, gli astronomi hanno studiato tre galassie nane ultra-deboli che risiedono in una regione dello spazio isolata dall’influenza ambientale di oggetti più grandi. Si è scoperto che le galassie, situate in direzione di NGC 300, contengono solo stelle molto antiche, il che supporta la teoria secondo cui gli eventi nell’Universo primordiale hanno interrotto la formazione stellare nelle galassie più piccole. Le galassie nane ultra-deboli sono il tipo di galassia più debole nell’Universo. Contenendo in genere solo poche centinaia o migliaia di stelle, rispetto alle centinaia di miliardi che compongono la Via Lattea, queste piccole strutture di solito si nascondono in modo discreto tra i molti residenti più luminosi del cielo. Per questo motivo, gli astronomi in passato hanno avuto più fortuna a trovarle nelle vicinanze della nostra galassia, la Via Lattea.
Ma questo presenta un problema per comprenderle; le forze gravitazionali della Via Lattea e la corona calda possono strappare via il gas delle galassie nane e interferire con la loro evoluzione naturale. Inoltre, più lontano dalla Via Lattea, le galassie nane ultra-deboli diventano sempre più diffuse e irrisolvibili per essere rilevate dagli astronomi e dagli algoritmi informatici tradizionali.
Ecco perché è stata necessaria una ricerca manuale a occhio dell’astronomo David Sand dell’Università dell’Arizona per scoprire tre galassie nane deboli e ultra-deboli situate nella direzione della galassia a spirale NGC 300 e della costellazione dello Scultore. “È stato durante la pandemia”, ricorda Sand. “Guardavo la TV e scorrevo il visualizzatore del DESI Legacy Survey, concentrandomi su aree del cielo che sapevo non fossero mai state esplorate prima. Ci sono volute alcune ore di ricerca casuale e poi boom! Sono saltate fuori“.
Le immagini scoperte da Sand sono state scattate per il DECam Legacy Survey (DECaLS), uno dei tre sondaggi pubblici, noti come DESI Legacy Imaging Surveys, che hanno ripreso congiuntamente 14.000 gradi quadrati di cielo per fornire obiettivi per il Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) Survey in corso. DECals è stato condotto utilizzando la Dark Energy Camera (DECam) da 570 megapixel realizzata dal Department of Energy, montata sul telescopio da 4 metri Víctor M. Blanco della U.S. National Science Foundation (NSF) presso l’Osservatorio interamericano di Cerro Tololo (CTIO) in Cile, un programma di NSF NOIRLab.
Lo studio
Le galassie dello Scultore, come vengono chiamate nello studio, sono tra le prime galassie nane ultra-deboli trovate in un ambiente incontaminato e isolato, libero dall’influenza della Via Lattea o di altre grandi strutture. Per studiare ulteriormente le galassie, Sand e il suo team hanno utilizzato il telescopio Gemini South, metà dell’International Gemini Observatory, finanziato in parte dalla NSF e gestito da NSF NOIRLab. I risultati del loro studio sono presentati in un articolo pubblicato su The Astrophysical Journal Letters, nonché in una conferenza stampa al meeting AAS 245 a National Harbor, in Maryland.
Lo spettrografo multi-oggetto Gemini (GMOS) di Gemini South ha catturato tutte e tre le galassie in modo estremamente dettagliato. Un’analisi dei dati ha mostrato che sembrano prive di gas e contengono solo stelle molto vecchie, il che suggerisce che la loro formazione stellare è stata soffocata molto tempo fa. Ciò rafforza le teorie esistenti secondo cui le galassie nane ultra-deboli sono “città fantasma” stellari in cui la formazione stellare è stata interrotta nell’Universo primordiale.
Questo è esattamente ciò che gli astronomi si aspetterebbero da oggetti così piccoli. Il gas è la materia prima fondamentale necessaria per fondersi e innescare la fusione di una nuova stella. Ma le galassie nane ultra-deboli hanno semplicemente una gravità troppo bassa per trattenere questo ingrediente importantissimo, e si perde facilmente quando vengono sballottate dall’Universo dinamico di cui fanno parte.
Le ipotesi
Ma le galassie dello Scultore sono lontane da qualsiasi galassia più grande, il che significa che il loro gas non avrebbe potuto essere rimosso da giganti vicini. Una spiegazione alternativa è un evento chiamato Epoca della Reionizzazione, un periodo non molto dopo il Big Bang in cui fotoni ultravioletti ad alta energia riempirono il cosmo, potenzialmente rimuovendo il gas nelle galassie più piccole. Un’altra possibilità è che alcune delle prime stelle nelle galassie nane abbiano subito esplosioni di supernovae energetiche, emettendo materiale espulso fino a 35 milioni di chilometri all’ora e spingendo il gas fuori dai loro ospiti.
Se la reionizzazione è responsabile, queste galassie aprirebbero una finestra sullo studio dell’Universo primordiale. “Non sappiamo quanto sia forte o uniforme questo effetto di reionizzazione“, spiega Sand. “Potrebbe essere che la reionizzazione sia irregolare, non si verifichi ovunque contemporaneamente. Abbiamo trovato tre di queste galassie, ma non è abbastanza. Sarebbe bello se ne avessimo centinaia. Se sapessimo quale frazione è stata interessata dalla reionizzazione, questo ci direbbe qualcosa sull’Universo primordiale che è molto difficile da sondare altrimenti”.
“L’Epoca della reionizzazione collega potenzialmente la struttura attuale di tutte le galassie con la prima formazione di strutture su scala cosmologica”, afferma Martin Still, direttore del programma NSF per l’International Gemini Observatory. “I DESI Legacy Surveys e le osservazioni di follow-up dettagliate di Gemini consentono agli scienziati di eseguire archeologia forense per comprendere la natura dell’Universo e come si è evoluto fino al suo stato attuale”.
La ricerca continua
Per accelerare la ricerca di altre galassie nane ultra-deboli, Sand e il suo team stanno usando le galassie dello Scultore per addestrare un sistema di intelligenza artificiale chiamato rete neurale per identificarne altre. La speranza è che questo strumento possa automatizzare e accelerare le scoperte, offrendo un set di dati molto più vasto da cui gli astronomi possono trarre conclusioni più solide.
Vuoi ricevere le notifiche sulle nostre notizie più importanti?