CON LA TECNICA DELLA SISMOLOGIA GALATTICA

Cercando galassie nane

Pubblicato su ApJ Letters un nuovo metodo per individuare le galassie nane dominate dalla materia oscura. Questa tecnica, presentata al 227esimo meeting dell’AAS, permette inoltre di utilizzare le onde del disco galattico per mappare la struttura interna e la massa delle galassie. Con il commento di Rodolfo Angeloni

Un trio di stelle pulsanti particolarmente brillanti situato nelle regioni periferiche della Via Lattea si sta allontanando dalla galassia. Ciò potrebbe rappresentare un buon banco di prova per rivelare, in generale, le galassie nane dominate dalla materia oscura e spiegare, allo stesso tempo, le misteriose ondulazioni della parte più esterna del disco galattico. I risultati di questo studio, che sono stati presentati al 227esimo meeting dell’American Astronomical Society (AAS) dalla prima autrice, Sukanya Chakrabarti del Rochester Institute of Technology (RIT), sono riportati su Astrophysical Journal Letters.

Queste immagini della Via Lattea mostrano la simulazione della distribuzione del gas, a sinistra, rispetto alla distribuzione delle stelle, a destra, una volta che la galassia nana perturba la galassia. Credit: Sukanya Chakrabarti/Rochester Institute of Technology

Particelle invisibili, note col nome di materia oscura, costituiscono l’85 percento di tutta la massa presente nell’Universo. “La misteriosa materia rappresenta un problema fondamentale in astronomia perché non la comprendiamo”, spiega Chakrabarti. Questo metodo, che consiste nel localizzare le galassie satelliti dominate da materia oscura, sfrutta i principi che stanno alla base della sismologia per studiare la struttura interna delle galassie. “Abbiamo fatto passi in avanti in questo nuovo campo della sismologia galattica per cui ora possiamo determinare il contenuto della materia oscura presente nelle galassie nane, dove esse si trovano e anche le loro proprietà interne misurando alcune osservabili correlate al gas del disco”, dice Chakrabarti.

Grazie ad una serie di osservazioni spettroscopiche realizzate mediante i telescopi Magellano, i telescopi dell’osservatorio Gemini e facendo uso dello Wide Field Spectrograph (WiFeS), i ricercatori hanno misurato la velocità di tre Cefeidi, una particolare classe di stelle variabili che vengono utilizzate come criteri standard per misurare la distanza nelle galassie, in particolare nella costellazione del Regolo. “Oltre a discutere gli aspetti propriamente scientifici del lavoro, il mio contributo è stato quello di occuparmi direttamente della preparazione delle osservazioni, mostrandone la generale fattibilità durante la sottomissione del proposal e implementandone i dettagli tecnici durante la cosiddetta Fase 2, che della riduzione dei dati”, spiega a Media INAF Rodolfo Angeloni, Gemini Science Fellow e co-autore dello studio.

Lo studio di Chakrabarti del 2015 fa uso delle variabili Cefeidi per segnare la posizione di una galassia nana dominata da materia oscura che si trova approssimativamente a circa 300.000 anni luce (basti pensare che il disco della Via Lattea termina a circa 48.000 mila anni luce). “Abbiamo fondamentalmente misurato le velocità radiali di alcune stelle candidate Cefeidi attraverso spettroscopia infrarossa”, aggiunge Angeloni. “Inizialmente, abbiamo selezionato le stelle secondo i criteri della fotometria JHK del Vista Variables in Via Lactea (VVV) ESO Public Survey. La fotometria ci aveva fornito dei vincoli sulla distanza, mentre la misura delle velocità radiali ci ha permesso di porre dei vincoli sulla dinamica. Considerata l’enorme estinzione interstellare di quelle regioni, la scelta del vicino infrarosso è stata in un certo senso obbligata. Nell’ottico, infatti, questi oggetti sono così estinti che sarebbe stato molto più difficile ottenere dati con un rapporto segnale/rumore sufficiente, anche con un telescopio di 8 metri. Perciò, la scelta di uno spettrografo che opera in banda infrarossa è caduta su FLAMINGOS-2 a GEMINI-South, l’osservatorio per il quale lavoro come Science Fellow”.

L’attuale studio analizza il moto di un ammasso di Cefeidi che si stanno allontanando con una velocità media di circa 675.000 Km/h (la velocità radiale delle stelle nel disco stellare della nostra galassia è di circa 19.500 Km/h). Il metodo conferma, perciò, le predizioni di Chakrabarti del 2009. “La velocità radiale delle variabili Cefeidi è l’ultimo tassello di evidenza che stavamo cercando”, dice Chakrabarti. “In altre parole, possiamo concludere immediatamente che esse non fanno parte della Via Lattea”. “Abbiamo provato che c’è un movimento comune di tutti questi oggetti”, fa notare Angeloni. “In sintesi, quello che proponiamo è che queste stelle fanno parte di un sistema organizzato, cioè una galassia nana in interazione con la Via Lattea, da cui derivano tutta una serie di implicazioni sui modelli di formazione delle strutture galattiche, sulla distribuzione di stelle, gas e materia oscura e così via. Gli spettri, poi, ci permettono non solo di misurare le velocità radiali, ma anche di caratterizzare il tipo spettrale e confermare così la natura delle stelle Cefeidi”.

“La predizione originale”, continua Chakrabarti, “si basava sullo studio delle onde osservate nelle regioni più esterne del disco di gas presente nella nostra galassia. Questo metodo forniva una stima della massa che avrebbe avuto la materia oscura per produrre queste onde. In un certo senso si tratta di qualcosa molto simile alla sismologia perché stiamo cercando di determinare dei parametri sulla struttura interna delle galassie e sul contenuto di materia oscura, e di stimare inoltre quanta ce ne deve essere per produrre queste perturbazioni”.

Inoltre, lo studio tenta di dare una risposta ad un paradigma: il fatto cioè che stelle vecchie popolano l’alone di materia oscura e le stelle giovani formano dischi stellari ricchi di gas. “Data l’evidenza, si tratta molto probabilmente di giovani variabili Cefeidi”, dice Chakrabarti. “Da qui emerge una domanda: non dovremmo forse cercare giovani variabili Cefeidi anche nell’alone?” Secondo l’autrice, ci potrebbe essere una popolazione di variabili Cefeidi ancora da scoprire che si è formata da una galassia nana ricca di gas che sta precipiatando nell’alone. “Abbiamo finora utilizzato un quadro abbastanza statico dell’evoluzione galattica ma ora sappiamo che le galassie interagiscono continuamente con altre galassie più piccole e perciò nell’ambito di questo scenario più dinamico diventa importante chiedersi perchè non dovrebbero esserci giovani variabili Cefeidi che si sono formate nell’alone a seguito di un nuovo rifornimento di gas oppure a causa della fusione di galassie nane ricche di gas con la Via Lattea”, dice Chakrabarti.

“Il passo successivo, probabilmente già alla fine di questo mese di Gennaio, sarà sottomettere un altro proposal a GEMINI-South per estendere il nostro studio spettroscopico ad altre candidate Cefeidi già selezionate, in modo da caratterizzare ancor più precisamente le proprietà di questa galassia nana”, conclude Angeloni. “Mentre i dati del presente lavoro sono stati ottenuti attraverso un Directory Discretionary Time, per il nuovo proposal utilizzeremo il Fast Turnaround, un nuovo e pressoché unico modo osservativo che utilizza l’Osservatorio Gemini”.