Quante galassie ultradiffuse ci sono nel Gruppo Locale?

Una simulazione ne predice un buon numero e vanno solo cercate

La famosa "galassia priva di materia oscura" NGC 1052-DF2. [NASA, ESA, STScI, Z. Shen, P. van Dokkum, S. Danieli, Pagan (STScI)]

Sin dalla loro scoperta, le galassie ultradiffuse (UDG) intrigano gli astronomi e tuttora sono uno dei “temi caldi” dell’astronomia. In verità, tale denominazione è essenzialmente riferita all’aspetto diafano di tali oggetti, attraverso i quali si scorgono eventuali galassie retrostanti, anche nelle regioni centrali. Le UDG hanno masse e magnitudini stellari tipiche delle galassie nane luminose, tuttavia sono significativamente più grandi, con dimensioni comparabili a quelle delle galassie massicce come la Via Lattea.

La galassia ultradiffusa DGSAT I. (Aaron Romanowsky / University of California Observatories / D. Martinez-Delgado / ARI)

Galassie spente

Alcune sono isolate, ben lontane da gruppi di galassie, è tale situazione può aver condizionato la loro evoluzione con meccanismi ancora non chiari ma che contemplano la carenza d’idrogeno neutro. Sono infatti galassie spente, vale a dire in cui non è più attiva la formazione stellare. Dall’ambiente esterno non ne fluisce di “fresco” e quello rilasciato nelle esplosioni stellari è insufficiente per alimentare una nuova generazione stellare. Tutte le UDG, a prescindere, sembrano intrinsecamente povere di stelle quindi qualcosa è mancato sin dalla loro formazione.

Una seconda categoria di UDG è invece rappresentata dalle galassie nane “vaporose” che troviamo all’interno degli ammassi di galassie vicini, quali Coma, Virgo e Fornax. I meccanismi di formazione non sono completamente compresi e sono stati proposti sostanzialmente due scenari: lo spogliamento interno dovuto a veloce rotazione dell’alone oppure cause esterne che hanno portato alla perdita del gas in conseguenza d’incontri ravvicinati con galassie più massicce.

Il ruolo della materia oscura

Il ruolo della materia oscura non sembra secondario. Le UDG isolate e grandi sembrano essere formate quasi esclusivamente da aloni di tale insondabile materia ma, pur possedendo il potenziale gravitazionale, per qualche ragione non sono state in grado di raccogliere nuovo gas ionizzato per alimentare altra formazione stellare. Anche le UDG nane sono galassie spente ma sono pressoché prive di materia oscura, sottratta col gas nel corso di tali incontri stretti. La cosa è molto probabile all’interno dei grandi ammassi di galassie, come ha evidenziato una convincente simulazione[Nat Astron 5, 1255–1260 (2021)].

Questo conferisce a tali oggetti l’aspetto molto etereo, rendendoli difficili da rilevare, quindi il loro censo nell’Universo vicino è molto incompleto. Sia le isolate sia le nane in ammassi, sono le galassie con le luminosità superficiali più basse conosciute, quindi difficili da rivelare anche quando sono prossime alla Via Lattea. La loro rivelazione può essere davvero difficile anche usando gli strumenti più performanti per sondaggi. A oggi, solo otto galassie sono classificabili come UDG nel Gruppo Locale: Antlia II, Crater II e Sagittarius dSph (satelliti della Via Lattea), And II, And XIX, And XXXII (satelliti M31) e le due galassie isolate WLM e IC1613.

La densità proiettata di materia oscura (rosso), gas (verde) e stelle (bianche) entro 2,5 Mpc nel Gruppo Locale nella simulazione. Le due galassie luminose al centro sono gli equivalenti della Via Lattea e M31. La simulazione predice un certo numero di UDG (cerchi).
(Tratto da Oliver Newton et al. 2023)

Devono essercene molte

È certo che un gran numero di UDG locali attende di essere rilevato e un gruppo di astronomi, guidati da Oliver Newton dell’Università di Lione in Francia, ha provato a stabilire con le simulazioni HESTIA quante ne resterebbero da scoprire nel nostro quartiere cosmico. Le osservazioni negli ammassi di galassie vicini indicano le UDG come oggetti alquanto rari rispetto al numero nettamente maggiore di nane ordinarie, comprese le ultra-deboli di recente scoperta. HESTIA riproduce molto bene la struttura dell’Universo Locale a z=0, quindi le previsioni fornite possono essere considerate affidabili.

Che tali oggetti debbano esserci, le simulazioni lo indicano in modo inequivocabile. In particolare, lo studio prova a stabilire quanti di tali oggetti siano nelle capacità di rilevamento dei sondaggi in corso e di quelli futuri. Tra uno e quattro oggetti, secondo gli autori, dovrebbe essere rilevabile addirittura in immagini della SDSS! Considerando che alcune delle ultime galassie scoperte nel Gruppo Locale appaiono quasi pari al livello del rumore di fondo della Sdss , insieme a una grande quantità di artefatti, questa previsione appare decisamente ottimistica. Probabilmente le UDG sono oggetti meglio rilevabili in altri sondaggi più profondi e lo saranno ancor di più con quelli che partiranno nei prossimi anni.

Una cinquantina sono là fuori

Secondo lo studio, entro i confini del Gruppo Locale (raggio 2.5 Mpc) dovrebbero esserci ancora tra 9 e 15 galassie a bassissima luminosità superficiale, tra 1 milione e 1 miliardo di masse solari e raggi effettivi di 1,5 kpc. Il numero cresce a 22-32 considerando oggetti di massa e raggio inferiore. In totale nel Gruppo Locale dovremmo aspettarci almeno una cinquantina di nuovi oggetti con le caratteristiche tipiche di galassie ultradiffuse.

Ben il 67% di tali sistemi si troverebbe entro 1 kpc dal punto di equilibrio tra Via Lattea e Andromeda vicino ai rispettivi aloni estesi. In linea di massima, tali sistemi hanno luminosità assoluta comparabile ai satelliti ordinari (maggiore di -8), ma, per via della loro estensione, presentano una brillanza effettiva da renderli realmente dei fantasmi cosmici. Una grossa percentuale si troverebbe ben mimetizzata in ricchi campi stellari se non completamente nascosta dalle regioni più dense della Via Lattea. Pur deboli, le UDG esibiscono buone riserve d’idrogeno neutro (HI) quindi il loro rilevamento potrebbe anche avvenire attraverso mirate osservazioni radio nella riga a 21 cm. In ogni caso, questo non scoraggerà agguerriti cacciatori di galassie, forse già a lavoro per trovarle.

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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.