Una galassia nana “scolpita” dalla materia oscura

Unendo le osservazioni di Gaia e Hubble, è stato possibile stabilire il moto delle stelle nella galassia nana dello Scultore, risalendo alla distribuzione di materia oscura al suo interno.

Unendo le osservazioni di Gaia e Hubble, è stato possibile stabilire il moto delle stelle nella galassia nana dello Scultore, risalendo alla distribuzione di materia oscura al suo interno.

 Simile a un ammasso globulare rarefatto, la galassia nana nella costellazione dello Scultore fa parte dello stuolo di una dozzina di piccole compagne della Via Lattea, i cui rappresentanti più celebri sono le due Nubi di Magellano. Essa dista 280mila anni luce dalla Terra ed è poco appariscente (è stata scoperta solo nel 1937 a causa della scarsa visibilità) ma è un oggetto interessante perchè si pensa sia più vecchia della nostra galassia, dunque formatasi non molto tempo dopo il Big Bang. Inoltre, le galassie nane sferoidali come questa sembrano dominate dalla materia oscura più di altre, quindi sono il laboratorio ideale per studiare questa importante ma evanescente componente dell’universo. La galassia dello Scultore è uno dei casi meglio studiati in questo senso e le osservazioni precedenti hanno mostrato che in essa coesistono due diverse popolazioni stellari, con diverso grado di “metallicità” e quindi con età differenti. Tuttavia, i risultati sul suo comportamento dinamico risultavano piuttosto contraddittori.

Galassia nana dello Scultore. Credit: ESO

In passato, la misura di posizione e velocità radiale delle stelle all’interno di questo oggetto aveva permesso di stabilire solo il loro moto d’insieme, aiutando a capire come questa galassia interagisce con la nostra. Ora però, combinando le misure di posizione estremamente precise effettuate da Hubble nel 2002 e da Gaia nel 2014/15 (e riportate nel primo catalogo ufficiale DR1), è stato possibile studiare per la prima volta il moto individuale delle stelle e i risultati sono entusiasmanti, come illustrato in un articolo uscito a Novembre su Nature e firmato, come spesso avviene, anche da un paio di ricercatori italiani che lavorano all’estero (Istituto Astronomico Kapteyn e Osservatorio/Università di Leida, nei Paesi Bassi).

Animazione che mostra il movimento (fortemente esagerato) delle stelle studiate all’interno della galassia nana. – Credit: ESA/Gaia; ESA/Hubble, NASA; D. Massari et al. (2017)

Usando le misure di velocità e di moto proprio, si è ricostruita la dinamica di un centinaio di stelle in tre dimensioni e si è scoperto che, nel suo insieme, la galassia nana si muove su un’orbita molto allungata e inclinata rispetto al piano della Via Lattea, seguendo una traiettoria che la porta a una distanza maggiore di quanto ritenuto in precedenza. Inoltre, è stato possibile risalire alla dispersione di velocità sia in senso radiale che trasversale e i valori trovati (rispettivamente 11.5 e 8.5 km/s) indicano che le stelle tendono a muoversi su “orbite radiali” allungate, in favore di un modello di distribuzione della materia oscura chiamato “cuspy dark halo”, con una forte concentrazione di massa al centro della galassia.

“I profili a cuspide sono previsti dalle simulazioni su larga scala della materia oscura, nell’ambito dello “scenario cosmologico standard”, e i nostri nuovi risultati sono decisamente d’accordo”, ha dichiarato Amina Helmi, uno degli autori. I risultati sembrano promettenti, ma il campione di dati utilizzato in questo studio non è molto grande e sono necessari più dati per porre vincoli più forti sulla distribuzione della materia oscura in questa galassia. Infatti, anche se Gaia ha misurato la posizione di migliaia di stelle nella regione dello Scultore, in questo studio gli astronomi hanno potuto determinare solo i moti di quelle che erano state osservate 12 anni prima da Hubble, che ha inquadrato due aree ristrette all’interno di quella regione.

Perciò, gli astronomi non vedono l’ora di mettere le mani su insiemi di dati più grandi e completi, che verranno pubblicati dal Team GAIA negli anni futuri. Il secondo catalogo DR2, basato sui dati raccolti tra il 2014 e il 2016, dovrebbe uscire il prossimo Aprile e stavolta non solo conterrà le posizioni squisitamente accurate di oltre un miliardo di stelle, ma anche i loro moti propri. Anche se questa prima versione non fornirà ancora una precisione sufficiente per indagare i movimenti delle singole stelle in galassie nane come Sculptor, “il secondo rilascio dei dati di Gaia può essere utilizzato per definire con precisione il movimento generale di Sculptor attorno alla Via Lattea e misurare il movimento di altre galassie nane con una precisione senza precedenti”, afferma Anthony Brown dell’Università di Leida, presidente del consorzio Gaia per l’elaborazione e l’analisi dei dati (DPAC) e co-autore del documento. “Ma è la versione finale, basata su diversi anni di osservazioni di Gaia, che rivelerà i movimenti propri individuali di migliaia di stelle nelle galassie satelliti della nostra Via Lattea.”

Sempre lo scorso Novembre, l’ESA ha approvato un’estensione delle operazioni di Gaia per ulteriori 18 mesi; l’osservatorio quindi continuerà a scansionare il cielo almeno fino al 2020 e uno dei fattori chiave per decidere l’estensione è stato proprio lo studio dei movimenti delle stelle nelle galassie nane, che richiede osservazioni su un periodo di riferimento il più possibile lungo. “Con Gaia, stiamo guardando la nostra galassia e i suoi vicini in azione, scavando nei movimenti delle stelle e svelando i loro segreti”, dice Timo Prusti, scienziato del progetto Gaia all’ESA.

 

Riferimenti:
http://sci.esa.int/gaia/59806-stellar-motions-in-nearby-galaxy-hint-at-underlying-dark-matter/
https://www.nature.com/articles/s41550-017-0322-y

 

Articolo di Marco Di Lorenzo (DILO) originariamente pubblicato su Alive Universe QUI.

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