IL FENOMENO DI RAM-PRESSURE STRIPPING

Cluedo spaziale: alla ricerca del killer di galassie

Il furto di gas dalle galassie (il fenomeno è tipico di quelle a spirale) le lascia incapaci di formare nuove stelle. Senza gas, le stelle già esistenti invecchiano e muoiono, e senza stelle le galassie non hanno ragione di esistere. Ne parliamo con una delle autrici della scoperta, l’astrofisica italiana Barbara Catinella, dell’ICRAR

“È bene sospettare di tutti, finché non si riesce a dimostrare che sono innocenti”, si leggeva in un romanzo di Agatha Christie con protagonista il simpatico investigatore belga Hercule Poirot. Le sue intuizioni nel risolvere i casi di omicidio ci sarebbero molti utili per venire a capo di questo vero e proprio “giallo” galattico. In tutto l’Universo numerose galassie stanno “morendo” e gli scienziati stanno cercando chi è l’assassino!

Nel riquadro di sinistra, rappresentazione artistica della galassia a spirale NGC 4921. I dati vengono da Hubble. Al centro e a destra si può notare il fenomeno di ram-pressure stripping: si tratta di un fenomeno fisico che occorre quando le nubi di gas delle galassie si mescolano, la pressione aumenta e il gas all’interno viene espulso formando delle strutture simili a striature nello spazio. La rimozione di gas, che è il combustibile primario delle stelle, potrebbe provocare la morte delle galassie come questa. Crediti: ICRAR, NASA, ESA, the Hubble Heritage Team (STScI/AURA).

In uno studio pubblicato oggi sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, un gruppo di ricercatori (tra cui anche tre italiani) rivela che il fenomeno, chiamato ram pressure stripping, è più diffuso di quanto si pensi: quando le nubi di gas delle galassie si mescolano, la pressione aumenta e il risultato è che il gas all’interno viene espulso formando delle striature, stile tentacoli di medusa. La privazione di gas porta alla “morte” precoce, perché viene a mancare il carburante necessario alla formazione di nuove stelle. Il fenomeno è chiarissimo in queste immagini della galassia a spirale NGC 4921.

Gli esperti hanno studiato circa 11mila galassie, le quali mostrano le conseguenze di questo “furto” di gas. «Durante la loro vita, le galassie possono “abitare” in aloni (di materia oscura, ndr) di dimensioni diverse, che vanno da masse tipiche della nostra Via Lattea a aloni migliaia di volte più massicci», dice Toby Brown, primo autore dello studio e ricercatore presso l’ICRAR e la Swinburne University of Technology. «Man mano che le galassie cadono in questi aloni più grandi, il plasma intergalattico surriscaldato tra le galassie stesse rimuove il loro gas in un processo ram pressure stripping. È come se una scopa cosmica gigante spazzasse via il gas dalle galassie». Senza il gas, le stelle esistenti si raffreddano e muoiono e nuove stelle non potranno mai formarsi per sostituirle.

Immagine scattata dal telescopio NASA/ESA Hubble. Mostra la galassia a spirale NGC 4921: si tratta di un collage di 80 scatti separati. Crediti: NASA, ESA and K. Cook (Lawrence Livermore National Laboratory, USA)

«Le galassie si trovano spesso raggruppate in strutture più grandi, i gruppi o ammassi, che contengono da decine a migliaia di galassie», spiega a Media INAF Barbara Catinella, ricercatrice italiana presso l’ICRAR in Australia e coautrice dello studio. «Lo spazio tra le galassie in questi gruppi e ammassi è permeato dal cosiddetto “mezzo intergalattico”, sostanzialmente gas ad alta temperatura. Le galassie si muovono ad alta velocità in questo mezzo intergalattico (le velocità variano da poche centinaia di km/s nei gruppi a un migliaio di km/s negli ammassi). Il processo che rimuove in gas dalle galassie è l’interazione tra la galassia e il mezzo intergalattico, detto ram pressure. Per fare un’analogia, pensiamo a un soffione davanti ad un ventilatore: il soffione è la galassia, i peli bianchi del soffione sono il gas della galassia, e l’aria spostata dal ventilatore è il mezzo intergalattico. Come l’aria mossa dal ventilatore strappa via i peli al soffione, a una galassia che si muove nel mezzo intergalattico viene “soffiato via” il gas». Le galassie soggette a questo destino sono soprattutto le galassie a spirale, che sono tipicamente molto ricche di gas.

«Facciamo osservazioni con radio telescopi», aggiunge la ricercatrice italiana, «per misurare la quantità di gas contenuto nelle galassie (per “gas” intendo idrogeno atomico, che emette radiazione a 21 cm, che si può misurare appunto con un radio telescopio). Siccome le galassie a cui siamo interessati hanno spesso già perso una buona parte del loro idrogeno atomico, servono osservazioni molto sensibili per essere in grado di rivelare piccole quantità di gas residuo. Quindi usiamo una tecnica particolare, chiamata “spectral stacking” (più o meno ammassamento spettrale). In pratica, sfruttiamo le osservazioni della survey ALFALFA, che ha usato il telescopio di Arecibo in Puerto Rico per mappare l’emissione a 21 cm delle galassie in una grossa parte del cielo. La maggior parte delle galassie non danno abbastanza segnale perché la survey è molto estesa ma poco profonda (cioè il tempo di osservazione speso su ogni pezzetto di cielo è troppo poco per rivelare l’idrogeno atomico in molte galassie), però abbiamo spettri per tutto il cielo coperto dalla survey. Usando informazioni da survey del cielo fatte nell’ottico (la Sloan Digital Sky Survey), noi sappiamo esattamente in che posizione sono le galassie nel cielo e qual è la loro velocità di recessione, quindi possiamo estrarre spettri dell’emissione a 21 cm da ALFALFA alla posizione delle galassie che vogliamo studiare, sottrarre la velocità di recessione, e sommarli insieme (questo è lo “spectral stacking”). Questo ci permette di ottenere un segnale, che ci dice quanto è la massa media di idrogeno atomico delle galassie i cui spettri sono stati sommati. Insomma è un’informazione statistica, e il metodo si basa sul fatto che sommando tanti spettri, l’emissione a 21 cm che è sepolta sotto il rumore per una galassia individuale pian piano emerge dal rumore, se sommiamo abbastanza spettri. Quello che facciamo è confrontare la massa media di idrogeno di galassie isolate con quella di galassie in gruppi e in ammassi, e quello che vediamo è che le galassie in gruppi hanno meno gas di galassie con la stessa massa di stelle o con lo stesso tasso di formazione stellare che sono invece isolate. Questo si sapeva già per gli ammassi di galassie (galassie in ammasso hanno meno gas di galassie simili ma isolate), ma non per i gruppi di galassie, che sono strutture più piccole degli ammassi ma molto più comuni nell’Universo».

Le brutte notizie non finiscono qui, perché c’è anche un altro processo che porta via il gas dalle galassie: si tratta del cosiddetto strangolamento, che «si verifica quando il gas viene consumato per rendere più veloci le stelle in fase di rifornimento, ma in questo modo la galassia muore di fame», ha poi detto Brown. «È un processo lento, al contrario del ram-pressure stripping che invece rimuove il gas molto rapidamente – nell’ordine di decine di milioni di anni e astronomicamente parlando è molto veloce».

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