I nuovi compagni ultradeboli della Via Lattea

Non è chiaro se siano galassie nane o ammassi stellari nell'alone

Vista della nostra galassia utilizzando i dati raccolti dal satellite Gaia dell'Esa. Sono indicati alcuni satelliti.

Negli ultimi quattro anni la scoperta di nuovi satelliti della Via Lattea ha preso il volo e il censo è ormai prossimo a 70. Sono tuttavia solo una parte dei circa 200 che gli esperti si attendono di trovare nell’alone galattico in base al modello cosmologico Lambda-Cold Dark Matter (Λ-CDM). Secondo tale paradigma, le galassie si formano per condensazione di gas dentro piccoli aloni di materia oscura, la misteriosa sostanza che compone circa il 26% dell’Universo. Gli aloni più piccoli tendono a fondersi, accumulando materia oscura e ordinaria secondo uno schema gerarchico in cui gli addensamenti maggiori catturano quelli più piccoli.

Rappresentazione artistica della Via Lattea al centro dell’alone di materia oscura (in blu). Tale alone, in base ai modelli, è in realtà molto più esteso. Le galassie satelliti sono dentro aloni più piccoli in caduta. (ESO)

Testimoni di un’epoca antica

I modelli indicano che gli aloni di materia oscura delle galassie massicce siano anche ricche di sottostrutture formate da numerosi sotto-aloni che possono ospitare galassie più piccole, dette collettivamente galassie nane. Le galassie meno massicce e meno luminose in tale gerarchia sono le cosiddette galassie nane ultra deboli (UFD). Gli specialisti ritengono che questi sistemi abbiano avuto origine all’interno dei primi aloni nel giovane Universo e probabilmente hanno formato poche generazioni di stelle, durante o prima l’epoca della reionizzazione.

Quegli aloni di materia oscura fornivano potenziale gravitazionale sufficiente per trattenere i materiali espulsi dalle prime supernove. Essendosi la formazione stellare estinta miliardi di anni fa, quelle vecchie stelle conservano una precisa documentazione delle storie di arricchimento chimico. Le UFD sono quindi laboratori quasi incontaminati in cui studiare la materia oscura, l’evoluzione delle prime stelle e la fisica dell’Universo primordiale.

Oggetti difficili da trovare

Le UFD dovrebbero essere la classe di galassie più numerosa dell’Universo, tuttavia la rivelazione è resa difficile a causa dell’intrinseca bassissima luminosità. Solo di recente abbiamo la tecnologia per iniziare a scoprirle, ben mimetizzate nei campi stellari. Quasi tutte le UFD conosciute sono state identificate come sistemi risolti in stelle nei pressi della Via Lattea, Andromeda (M31) e alcune galassie maggiori nel Volume Locale (NGC 253, Centaurus A, M81). Questi debolissimi sistemi continuano a essere trovati a un ritmo rapido, con una decina di candidati UFD scoperti solo negli ultimi anni. Ricordiamo che quattro di essi sono stati scoperti dallo scrivente: Donatiello II e IV nel sistema di NGC 253, Pisces VII un possibile satellite di M33 e Pegasus V in quello di M31.

Enigmatici ammassi

Parallelamente, è stata anche identificata un’enigmatica popolazione di sistemi stellari compatti (estesi non più di un centinaio di anni luce), distribuiti nell’alone galattico. Sono gruppi formati da pochissime stelle con comune moto proprio e non sembrano essere associati a elevate densità di materia oscura. La carenza di materia oscura li inserisce in una categoria separata dalle UFD. L’ipotesi più verosimile è che tali ammassi siano detriti di oggetti distrutti, forse ammassi globulari. Ciononostante essi devono aver trattenuto una certa quantità di materia oscura, altrimenti non sarebbero sopravvissuti come aggregazioni di stelle per circa 10 miliardi anni.

La Figura che proponiamo, tratta dall’articolo pubblicato in anteprima sulla piattaforma arXiv, mostra la distribuzione spaziale dei candidati (punti rossi), sovrapposti all’area indagata da DELVE (azzurro). Nei riquadri le mappe di densità. (DELVE Collaboration)

Le nuove scoperte di DELVE

Ad arricchire la casistica giunge la notizia della scoperta di ben sei nuovi sistemi ultradeboli da parte della collaborazione internazionale DELVE (DECam Local Volume Exploration). Tre di essi sono indubbiamente classificabili come UFD e hanno ricevuto la denominazione tradizionale in base alla costellazione in cui si trovano. I rimanenti tre sembrano essere ammassi di alone e sono stati denominati in base al sondaggio, come da convenzione.

La ricerca consiste nell’uso di algoritmi che, in più iterazioni, identificano possibili sovra-densità stellari ai quali si aggiunge l’ispezione visiva dei candidati nelle immagini di vari programmi di rilevamento come DESI e PanSTARRS. La ricerca ha portato all’identificazione di 54 candidati meritevoli di ulteriori indagini. Dopo le necessarie verifiche, ne sono rimasti solo sette da sottoporre a follow-up e confermati come sistemi reali. Uno di essi necessita di altre osservazioni. I nuovi sistemi sono stati quindi classificati come DELVE 3,4 e 5, Leo Minor I, Virgo II e Bootes V. Tutti gli oggetti confermati sono riconoscibili nelle immagini d’archivio DESI LIS.

Scoperte indipendenti

Uno dei candidati, Boötes V, è stato scoperto indipendentemente da un altro gruppo utilizzando i dati dell’Ultraviolet Near-Infrared Optical Northern Survey (UNIONS) e descritto in Smith et al. (2022). Anche l’oggetto denominato DELVE 4 compare nella lista di candidati satelliti riportati in Darragh-Ford et al. (2021) che, invece, ha utilizzato i dati del satellite Gaia dell’ESA.

 “Questi sei oggetti sono stati tutti scoperti nei dati a largo campo della Dark Energy Camera. Siamo stati in grado di ottenere immagini più profonde per 4 di essi con il telescopio Gemini North” ha detto a Cosmo William (Will) Cerny, primo autore dello studio. “Questi nuovi sistemi probabilmente includono alcune delle galassie più piccole e gli ammassi stellari più deboli conosciuti, ma c’è un problema! In realtà non sappiamo con certezza se ogni sistema sia un ammasso stellare o una galassia nana, possiamo solo supporre”, ha proseguito.

I sei nuovi oggetti così come appaiono nelle immagini catturate dalla DECam applicata al Victor Blanco Telescope in Cile.
(DESI LIS, Giuseppe Donatiello)

DELVE 3

DELVE 3 è il candidato migliore rilevato dall’algoritmo di ricerca ed è ben visibile come una densa associazione di stelle blu nei dati DESI LIS. Pur essendo un oggetto cospicuo, il rapporto dimensione/luminosità suggerisce una sua appartenenza alla classe di ammassi stellari ultradeboli. La distanza eliocentrica è di 56 kpc, cioe circa 182 mila anni luce, e potrebbe essere associato alle due Nubi di Magellano.

DELVE 4

DELVE 4 è chiaramente visibile nelle immagini DECam come un addensamento di 15 stelle blu, vicine prospetticamente alla galassia LEDA 1806653. La fotometria DECam non è stata sufficiente per descrivere in dettaglio tutte le proprietà. Viene considerato in prima istanza un ammasso distante 45 kpc, vale a dire 147mila anni luce.

La forma allungata suggerisce che l’oggetto stia subendo gli effetti di marea da parte della Via Lattea, ma questo deve essere ancora provato. Per confermare questo scenario, sono necessarie misure della velocità radiale.

DELVE 5

Anche DELVE 5 è ben riconoscibile come raggruppamento compatto di stelle blu. Queste sorgenti figurano identificate automaticamente come quasar o galassie con linee di emissione, ma la cosa è inverosimile. Sono con tutta evidenza stelle, confermate nelle immagini profonde con un diagramma colore-magnitudine piuttosto confuso, probabilmente per la contaminazione con sorgenti di fondo. Il sistema sembra quindi essere un ammasso stellare ultradebole, forse in fase di progressiva separazione delle sue componenti.

Virgo II

Virgo II è un’evidente concentrazione di stelle relativamente estesa. Tuttavia è un sistema alquanto piccolo, distante 72 kpc, cioè 235 mila anni luce. Come per tutti questi sistemi, la classificazione non è semplice poiché non è dato sapere dove finiscono le galassie nane ultradeboli e iniziano gli ammassi stellari. Per via di certe analogie con sistemi considerati UFD, gli autori considerano l’oggetto una galassia in attesa di conferma spettroscopica.  

Boötes V

Boötes V è appena sopra la soglia di rilevamento dell’algoritmo per via di contaminazioni del campo, ciononostante è stato ritenuto immediatamente un forte candidato meritevole di follow-up. Tutte le stelle manifestano moti propri coerenti, quindi sono una robusta conferma per la realtà del sistema stellare, risultato distante circa 102 kpc, ovvero 332 mila anni luce.

Come Virgo II, la magnitudine assoluta e le dimensioni (60 anni luce circa) collocano i Boötes V in una regione intermedia tra galassie nane ultradeboli e ammassi stellari. Ciò rende il sistema difficile da classificare in base alla sola morfologia. Presentando parecchie similitudini morfologiche e chimiche con altri oggetti classificati come UFD, gli autori propendono per la sua natura di galassia con scarsi segni di interazione mareale con la Via Lattea.

Leo Minor I

Anche Leo Minor I è visibile nei dati DECam come un addensamento di stelle blu poco risolte, distante circa 82 kpc, vale a dire 267 mila anni luce. È il sistema più esteso e il secondo più luminoso tra i nuovi sei e non ci sono dubbi che si tratti di un’UFD.

Tanti oggetti ancora da scoprire

È facile prevedere che le scoperte continueranno ancora poiché nei dati si nascondono certamente altri satelliti ultradeboli della Via Lattea, ma non sono da escludere anche altre scoperte nel novero di Andromeda, nel Gruppo Locale e nel Volume Locale, specialmente intorno alle grandi galassie vicine. Ancor di più, l’entrata in funzione dei nuovi strumenti per sondaggi fotografici profondi, come il Vera Rubin Telescope, porterà all’identificazione di centinaia di tali sistemi debolissimi. O almeno così sperano gli astronomi.

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Informazioni su Giuseppe Donatiello 296 Articoli
Nato nel 1967, astrofilo da sempre. Interessato a tutti gli aspetti dell'astronomia, ha maturato una predilezione per il deep-sky, in particolare verso i temi riguardanti il Gruppo Locale e l'Universo Locale. Partecipa a programmi Pro-Am nello studio dei flussi stellari in galassie simili alla Via Lattea mediante tecniche di deep-imaging. Ha scoperto sei galassie nane vicine: Donatiello I (2016), Donatiello II, III e IV nel sistema di NGC 253 (2020), Pisces VII (2020) e Pegasus V (2021) nel sistema di M31. Astrofotografo e autore di centinaia di articoli, alcuni con revisione paritaria.