Echi distanti della prima grande fusione

Sempre più complessa e intrigante la struttura dell'alone della Via Lattea

Mappa di densità stellare in falsi colori della Via Lattea ottenuta con i dati Gaia EDR3. La propaggine chiara in basso che spunta dal bulge è la galassia nana SagDEG.

È davvero impressionante la possibilità che adesso hanno gli astronomi di rintracciare le vestigia di eventi antichissimi che testimonino il processo di formazione della Via Lattea.

La formazione della Via Lattea

La nostra Galassia non è nata così come la conosciamo adesso e non è nemmeno quella placida spirale, leggermente barrata, come molti credono. Dobbiamo immaginare il nostro sistema stellare come uno spietato killer che ha catturato, distrutto e inglobato centinaia di piccole galassie. E lo sta facendo tuttora con la galassia nana del Sagittario (SagDEG).

Così com’è stato da poco scoperto per la vicina Galassia di Andromeda, anche per la Via Lattea tali eventi non sono stati continui ma piuttosto irregolari, metaforicamente delle grandi abbuffate con sporadici spuntini.

Distribuzione in tutto il cielo di stelle che si muovono lungo traiettorie allungate nella direzione opposta alla maggior parte della nostra Via Lattea, con composizione chimica nettamente diversa, indicando che appartengono a una popolazione stellare chiaramente distinta.
Gli astronomi hanno dedotto che queste stelle sono i detriti di una galassia che si è fusa con la nostra Via Lattea durante i suoi primi stadi di formazione, 10 miliardi di anni fa, e hanno chiamato questa galassia Gaia-Encelado.
(ESA/Gaia/DPAC; A.Helmi et al. 2018)

Quando si formò l’alone

Il più importante evento di fusione è avvenuto circa 10 miliardi di anni fa ed è denominato Gaia-Sausage-Enceladus (GSE), scoperto nei dati di Gaia DR2. Gli astronomi hanno notato che una grande quantità di stelle orbita lungo traiettorie allungate nella direzione opposta alla maggior parte delle altre, con composizione chimica nettamente diversa, indicando l’appartenenza a una popolazione stellare chiaramente distinta. Gli astronomi hanno dedotto che queste stelle sono detriti di un’altra galassia che si è fusa con la giovane Via Lattea in formazione. Gli esperti concordano che all’evento sia da attribuire il maggiore contributo di stelle nell’alone galattico.

Sinora gli studiosi ne avevano sondate le tracce entro circa 30 kpc dal nucleo, l’Hercules Aquila Cloud e la Virgo Overdensity.  Ora un gruppo di astronomi si è spinto molto più in là. Sotto la guida di Vedante Chandra del Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, utilizzando un eccezionale set di dati contenuti in GaiaDR3, gli astronomi hanno trovato inequivocabili tracce del GSE sino a circa 100 kpc di distanza.

Distribuzione galattocentrica delle strutture appena scoperte. I pannelli superiori mostrano due proiezioni 3D dei dati, mentre i pannelli inferiori sono proiezioni 2D lungo ciascun asse. L’Hercules Aquila Cloud e la sovradensità (interna) della Vergine sono mostrate con simboli.  
L’ellissoide rosso nei pannelli superiori è il profilo valutato a 50 kpc, ruotato per allinearsi con le stelle MIKE-N e MIKE-S. Nei pannelli in basso è mostrato il flusso GSE retrogrado.
 
(Tratto da Chandra et al. 2023 https://arxiv.org/pdf/2212.00806.pdf)

Le tracce dell’evento

Tali tracce sono costituite da stelle giganti rosse con proprietà cinematiche atipiche rispetto alla moltitudine che compone il resto dell’alone. L’identificazione avviene filtrando i dati in 6D ottenuti dall’osservatorio dell’Esa e resi liberamente fruibili dalla comunità scientifica internazionale. Tali gruppi di stelle, veri detriti della galassia catturata, esibiscono un caratteristico moto proprio retrogrado rispetto alle stelle del disco della Via Lattea.

Nello specifico si tratta di due sovra densità stellari, diametralmente opposte rispetto al disco: MIKE-N nell’Outer Virgo Overdensity e il campione MIKE-S nella Pisces Overdensity. Tali strutture erano state pronosticate nelle simulazioni prodotte da Rohan Naidu, quindi gli astronomi del gruppo sapevano che c’erano detriti ben oltre le regioni già esplorate e bastava cercarli.

Giganti rosse con moti anomali

Il gruppo è riuscito a identificare un grande numero di giganti rosse utilizzando spettri a bassa risoluzione dell’osservatorio Gaia. Le orbite osservate erano in ottimo accordo con le previsioni di un moto retrogrado.

“Sosteniamo che questi echi distanti siano residui della fusione, causati da stelle GSE sottratte che si sono accumulate vicino ai loro apocentri. Formano controparti a 60-90 kpc dagli addensamenti apocentrici GSE a circa 20 kpc che sono noti per dominare l’alone interno”, ha commentato Chandra.

“Una delle principali implicazioni della nostra scoperta è che sostiene un orientamento inizialmente retrogrado della fusione GSE, al contrario di uno fortemente radiale o progrado. Queste strutture distanti forniscono anche forti vincoli sulla traiettoria 6D della fusione nelle fasi iniziali”, ha concluso.

C’è ancora tanto lavoro da fare

Nei dati sono state anche trovate stelle che formano lunghi flussi retrogradi intorno a tutta la Via Lattea, in perfetto accordo con le simulazioni. Inoltre, sono ben distinti per metallicità dall’altrettanto “ingombrante” flusso del Sagittario, prodotto dalla distruzione della SagDEG. Le sottostrutture appena identificate dominano tutto l’alone esterno alla periferia della Via Lattea.

Lo studio è ben lungi dall’essere considerato terminato, molto lavoro attende ancora gli studiosi e le sorprese non sono terminate. Tutto questo è fantastico ed è l’ennesimo successo dell’archeologia galattica grazie agli eccezionali dati di Gaia.

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Informazioni su Giuseppe Donatiello 310 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.