AI CONFINI DELLA VIA LATTEA CON LA EDR3 DI GAIA

Esplorando l’anticentro galattico

Grazie ai dati della Early Data Release 3 della missione Gaia dell’Esa, appena pubblicati, gli scienziati sono riusciti a esplorare circa seimila anni luce più lontano – rispetto alla precedente release – in direzione dell’anticentro galattico, spingendosi fino al bordo della Via Lattea, per studiare il suo disco con un dettaglio senza precedenti. Lo studio è in corso di pubblicazione su A&A

     11/12/2020
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Rappresentazione artistica della Via Lattea con indicata la direzione dell’anticentro galattico, vista dal Sistema solare. Crediti: Esa/Hubble, Gaia/Dpac

Il Sole, come altre stelle della Via Lattea, ruota con relativa calma attorno al centro galattico. Calma per modo di dire, visto che la nostra stella ruota (e noi con lei) a una velocità di circa 217 chilometri al secondo. Molti sono gli occhi attratti da quel centro, dove la Via Lattea è più densa e dove risiede un “tranquillo” buco nero supermassiccio.

Immaginate di voltarvi dall’altra parte, invece di guardare anche voi verso il centro. Guardate nella direzione opposta, verso quello che viene definito anticentro galattico. Cosa vedreste?

Ce lo racconta il team di Gaia, che ha dedicato parte del suo tempo a osservare quella direzione particolare, perché è proprio lì che possiamo vedere più chiaramente eventuali azioni di disturbo che la nostra galassia ha subito nel corso della sua storia.

Guardando verso il centro galattico, ovviamente si osservano le regioni più interne della galassia – dove ci sono moltissime stelle, che si trovano principalmente nel disco – ma la nostra vista è purtroppo oscurata dalla polvere interstellare. Al contrario, verso l’anticentro, la linea di vista è molto meno ostacolata dalla cosiddetta “estinzione” e riusciamo a raggiungere la regione più esterna della galassia e a studiare non solo il suo disco, bensì anche l’alone. Per le stelle che risiedono nell’anticentro, gli effetti gravitazionali della galassia stessa sono minori e le perturbazioni in questa regione sono quindi più distintive.

Con la Early Data Release 3 (Edr3) della missione Gaia dell’Esa si riesce a osservare, con la stessa precisione, quasi 2 kpc (circa 6500 anni luce) più lontano rispetto alla release precedente (Dr2). Ciò che si vede è che le parti esterne del disco sono complesse e piuttosto perturbate. Come per le altre galassie, queste parti esterne sono molto deboli e normalmente difficili da osservare. Ora però, grazie al nuovo catalogo di Gaia, si può effettivamente raggiungere questa parte del disco e studiarlo nel dettaglio.

In particolare, nella direzione dell’anticentro galattico è possibile calcolare la componente azimutale e verticale della velocità delle stelle sulla base dei soli dati astrometrici di Gaia (moti propri e parallassi). La figura seguente mostra le due componenti della velocità – azimutale e verticale – in funzione della distanza dal centro galattico. Contrariamente alle aspettative, la dispersione della velocità in direzione verticale non diminuisce con la distanza ma si mantiene piuttosto costante. Si osservano oscillazioni significative e le curve sono più irregolari di quanto potrebbero fare supporre le differenze osservate nei vari campioni di popolazione. Si pensa che queste oscillazioni siano causate da risonanze e altri fenomeni dinamici.

Velocità azimutali e verticali – e relativa dispersione – per diverse popolazioni stellari, in direzione dell’anticentro galattico. Le dispersioni di velocità sono sorprendentemente costanti, mentre la velocità verticale è stranamente variabile con la distanza. Crediti: Gaia Collaboration, T. Antoja, et al. (in corso di revisione)

Proiettando su un piano (come riportato nella figura sottostante) la velocità azimutale rispetto alla distanza dal centro galattico, appaiono in modo evidente delle sotto-strutture cinematiche che, per la prima volta, vengono risolte nelle parti esterne della galassia. Si notano delle dorsali (strisce di stelle che appaiono più scure, poiché sono tante e vicine, nel piano del grafico) che già erano conosciute ma che si estendono oltre quelli che erano i loro limiti nella Gaia Dr2. Inoltre, ne compaiono di nuove. Sebbene sia noto che sia le barre che i bracci a spirale possono creare queste dorsali caratteristiche simili a creste, gli scienziati pensano che potrebbero essere state indotte da perturbazioni dovute alla vicina galassia nana del Sagittario.

Si ritiene infatti che nel passato più recente della nostra galassia, la Via Lattea e la galassia nana del Sagittario si siano sfiorate. La galassia nana del Sagittario contiene poche decine di milioni di stelle ed è attualmente in procinto di essere cannibalizzata dalla Via Lattea. Il suo ultimo passaggio ravvicinato alla nostra galassia non è stato un colpo diretto, ma sarebbe stato sufficiente perché la sua gravità abbia perturbato alcune stelle della nostra galassia, come una pietra che cade nell’acqua. Usando Gaia Dr2, i membri del Dpac avevano già trovato una sottile ondulazione nel movimento di milioni di stelle che suggeriva gli effetti dell’incontro con il Sagittario tra 300 e 900 milioni di anni fa. Ora, utilizzando Gaia Edr3, hanno scoperto ulteriori prove che indicano i suoi forti effetti sul disco di stelle della nostra galassia.

«I modelli di movimento nelle stelle del disco sono diversi da quello che credevamo», dice Teresa Antoja dell’Università di Barcellona, ​​che ha lavorato a questa analisi con i colleghi del Dpac. Sebbene il ruolo della galassia nana del Sagittario sia ancora dibattuto in alcuni ambienti, Antoja sostiene che «potrebbe essere un buon candidato per tutti questi disturbi, come mostrano alcune simulazioni di altri autori».

Dorsali diagonali nello piano delle fasi raggio galattico – velocità di rotazione. Queste strutture sono state rilevate per la prima volta con Gaia Dr2 ma con i nuovi dati Edr3 le vediamo estendersi a distanze molto più grandi, e ne appaiono anche di nuove. Gli autori stanno cercando di capire quale sia l’origine di queste strutture. Potrebbero entrare in gioco diversi meccanismi: gli effetti della barra galattica, i bracci a spirale e le perturbazioni delle galassie satelliti, esterne. Crediti: Gaia Collaboration, T. Antoja, et al. (in corso di revisione)

Questa indagine sul disco della Via Lattea conferma che in passato era più piccolo di quanto sia oggi, e che è cresciuto nel tempo fino a raggiungere le dimensioni attuali. In particolare, si è scoperto che una popolazione di stelle che si ritiene essere l’antico disco della galassia – risalente a circa 10 miliardi di anni fa – ha un’estensione minore rispetto al disco attuale. I detriti della Salsiccia di Gaia-Encelado – quello che rimane di una galassia nana che si fuse con la Via Lattea tra 8 e 11 miliardi di anni fa – raggiungono distanze dal centro galattico più lontane di questo antico disco.

I ricercatori hanno anche scoperto che, quando si divide il campione del disco in stelle che stanno sopra il piano galattico e stelle che stanno sotto, il loro comportamento è molto diverso. In particolare, le stelle con grande momento angolare si stanno muovendo dal basso verso l’alto, mentre le stelle con momento angolare leggermente inferiore si muovono preferenzialmente verso il basso. Una possibile interpretazione di questo comportamento potrebbe chiamare in causa una forza perturbatrice che piega il disco stellare, come per l’appunto quella indotta dalla galassia nana del Sagittario.

Affacciandosi al bordo del disco, Gaia Edr3 consente di selezionare stelle che appartengono a strutture come la corrente del Sagittario della corrente dell’anticentro, che possono essere resti di galassie disgregate o stelle del disco con orbite altamente perturbate. Fino ad ora, queste sono state rilevate principalmente utilizzando conteggi di alcune popolazioni di stelle. Ora, grazie alle precise parallassi stellari e ai moti propri misurati da Gaia, possiamo selezionare e visualizzare queste strutture in un modo molto più dettagliato.

Oltre al disco, in direzione dell’anticentro galattico, i dati di Gaia contengono anche i membri degli ammassi aperti Berkeley 29 (l’ammasso aperto più distante presente nella Galassia, posto a circa 15mila parsec da noi) e Saurer 1. Grazie alla Edr3 le loro orbite sono state determinate con un livello di confidenza elevato. Sebbene si trovino a grandi distanze dal centro galattico (a circa 20 kpc), si è scoperto che le loro orbite sono simili a quelle di dischi quasi circolari. Queste orbite non le collegano alla corrente del Sagittario, come precedentemente affermato: si trovano ad alte latitudini ma ruotano insieme al disco.

Orbite degli ammassi aperti Berkeley 29 e Saurer1. L’eccellente qualità dei dati Edr3 di Gaia ha migliorato la selezione delle stelle appartenenti a questi ammassi e la misurazione delle loro orbite. Questi ammassi sembrano seguire le orbite del disco. Crediti: Gaia Collaboration, T. Antoja, et al. (in corso di revisione)

L’esplorazione dell’anticentro galattico – sulla base dei dati Edr3 di Gaia – permette di svelare alcuni nuovi e interessanti dettagli della Via Lattea e dà un’idea, ora più che mai, di quanto sia “vivo” il disco della nostra galassia.

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