È poco più di un soffio di luce e potrebbe custodire un pezzo della storia più antica dell’universo. Si chiama Andromeda XXXVI ed è una delle galassie satellite più deboli mai individuate attorno alla galassia di Andromeda. Così tenue che gli astronomi sono riusciti a identificarvi appena 46 stelle. Eppure proprio questa estrema “debolezza” la rende preziosa: potrebbe essere un autentico fossile cosmico, rimasto quasi immutato per circa 12,5 miliardi di anni e capace di raccontare come nascevano le prime galassie quando l’universo era ancora giovanissimo.
Immagine catturata dallo strumento Osiris+ del Gran Telescopio Canarias. La galassia Andromeda XXXVI è chiaramente visibile tra due stelle luminose in primo piano. Nell’inserto, un ingrandimento a colori in negativo di And XXXVI. Crediti: G. Donatiello, Gtc
La scoperta, guidata da un gruppo di ricerca dell’Instituto de Astrofísica de Andalucía (Iaa-Csic) e pubblicata sulla rivista Astronomy & Astrophysics, aggiunge un nuovo tassello allo studio delle galassie nane ultra-deboli, sistemi così piccoli e poco luminosi da poter essere osservati soltanto nel nostro vicinato cosmico. Sono oggetti speciali, rappresentano una sorta di archeologia del cosmo: se gli archeologi scavano nel terreno per riportare alla luce testimonianze delle prime civiltà, gli astronomi cercano queste minuscole galassie per ricostruire le prime fasi dell’evoluzione dell’universo.
«Il nostro studio suggerisce che Andromeda XXXVI sia una galassia estremamente antica, con circa 12,5 miliardi di anni di età, e notevolmente povera di elementi pesanti», dice Joanna Sakowska, ricercatrice presso l’Iaa-Csic e autrice principale dello studio. «Tuttavia, saranno necessarie osservazioni con telescopi spaziali come Hubble per determinarne la distanza, l’età e la composizione chimica con maggiore precisione».
Le galassie ultra-deboli sono considerate tra i migliori laboratori naturali per studiare la formazione delle prime strutture cosmiche. La loro popolazione stellare è infatti composta quasi esclusivamente da stelle molto antiche e povere di elementi chimici più pesanti dell’elio, segno che questi sistemi hanno attraversato gran parte della storia cosmica senza formare molte nuove generazioni stellari. In altre parole, se l’universo fosse una grande biblioteca, Andromeda XXXVI sarebbe uno dei manoscritti più antichi ancora conservati.
Andromeda, distante circa 2,5 milioni di anni luce, rappresenta il laboratorio ideale per queste ricerche. I modelli teorici prevedono che attorno alla grande galassia a spirale orbitino fino a una novantina di galassie satellite. «Attualmente conosciamo circa 40 galassie nane satellite intorno ad Andromeda, di cui solo circa 15 sono classificate come ultra-deboli», spiega Sakowska. «Ogni nuova scoperta, come Andromeda XXXVI, è importante perché suggerisce che stiamo ancora vedendo solo la punta dell’iceberg di una popolazione molto più ampia di galassie estremamente deboli». Per farci un’idea, basti pensare che individuare oggetti così deboli è un po’ come cercare una lucciola accesa sullo sfondo delle luci di una città.
Immagine di And XXXVI ottenuta da quattro diverse campagne di rilevamento. Da sinistra a destra: Sdss DR9, PanStarrs Dr1, Cfht (Pandas) e Gtc (il presente lavoro). And XXXVI è quasi invisibile nelle immagini Sdss e PanStarrs, mentre diventa visibile solo con le immagini Cfht e Gtc. Crediti: G. Donatiello
«Il numero di galassie ultra-deboli conosciute attorno ad Andromeda è ancora molto inferiore rispetto a quelle individuate nelle vicinanze della Via Lattea, ma si tratta soprattutto di un bias osservativo: non sono realmente meno numerose, ma sono estremamente deboli e difficili da osservare a milioni di anni luce», specifica Matteo Monelli, ricercatore presso l’Osservatorio astronomico d’Abruzzo dell’Inaf, coautore dello studio. «Scoperte come Andromeda XXXVI sono fondamentali perché ampliano il campione di questi sistemi e ci permettono di studiare l’evoluzione di galassie con massa e metallicità molto basse anche in un ambiente diverso da quello della Via Lattea. Sono oggetti estremi, al limite stesso del concetto di galassia, ma proprio per questo rappresentano un banco di prova prezioso per i modelli di formazione ed evoluzione galattica».
La storia della scoperta dimostra anche quanto possa essere prezioso il contributo degli astronomi amatoriali. Andromeda XXXVI è stata infatti individuata per la prima volta dall’astrofotografo e astrofilo Giuseppe Donatiello, che stava analizzando le immagini pubbliche del Pan-Andromeda Archaeological Survey realizzato con il Canada-France-Hawaii Telescope. Quella che appariva come una tenue macchia diffusa è stata poi osservata con il Gran Telescopio Canarias (Gtc) grazie allo strumento Osiris+, capace di risolvere singole stelle all’interno della galassia.
La sfida, però, è stata tutt’altro che semplice. Con appena 46 stelle identificabili, Andromeda XXXVI è troppo “povera” per applicare i metodi tradizionali con cui gli astronomi misurano la distanza delle galassie vicine. Il team ha quindi confrontato le osservazioni con modelli teorici di evoluzione stellare, le cosiddette isocrone. «Nel progetto mi sono occupato della fotometria e della calibrazione dei dati», dice Monelli, «cioè delle misure di luminosità delle stelle, costruendo il diagramma colore-magnitudine su cui si basa gran parte dell’analisi della galassia. La sfida principale è stata il numero estremamente ridotto di stelle osservabili: di solito la distanza di una galassia si misura sfruttando le stelle più luminose del ramo delle giganti rosse, ma in Andromeda XXXVI queste sono troppo poche perché il metodo funzioni. Abbiamo quindi confrontato le stelle osservate con modelli teorici di evoluzione stellare, le cosiddette isocrone, che permettono di stimare la distanza di una galassia conoscendo l’età e la composizione chimica delle sue stelle».
Il Gran Telescopio Canarias (GranTeCan) situato a oltre 2.300 metri s.l.m. all’Observatorio del Roque de los Muchachos sull’isola di La Palma. Crediti: Wikipedia
L’accordo tra dati e modelli suggerisce che la galassia si trovi effettivamente alla stessa distanza di Andromeda e che ne sia quindi un satellite. Ma ogni nuova scoperta contribuisce a rendere più completo il censimento delle piccole galassie che popolano il Gruppo Locale e, soprattutto, aiuta gli astronomi a verificare se i modelli teorici descrivono davvero l’universo osservato. Infatti, queste galassie sono importanti anche per studiare la componente invisibile che costituisce gran parte della materia dell’universo.
«Galassie come And XXXVI sono utilissime per comprendere la materia oscura», sottolinea Monelli. «Le ultra-deboli sono i sistemi stellari con la piú alta frazione di materia oscura, tanto che vengono definiti “dominati dalla materia oscura”. Sono caratterizzati da un parametro, il rapporto massa-luminosità, che può essere decine o centinaia di volte più grande rispetto a quello di una galassia normale. Inoltre, le galassie ultra-deboli sono oggetti potenzialmente fondamentali per studiare la distribuzione della materia oscura nelle galassie». Studiarne la struttura e la distribuzione significa quindi mettere alla prova il modello cosmologico standard, secondo cui le galassie si sono formate all’interno di aloni di materia oscura dopo il Big Bang. A volte sono proprio gli oggetti più piccoli e apparentemente insignificanti a custodire le informazioni più preziose sulla storia del cosmo. «I modelli cosmologici prevedono che attorno a galassie come la Via Lattea e Andromeda esistano molte più galassie nane di quante ne osserviamo oggi: è il cosiddetto problema dei “satelliti mancanti”. I nuovi grandi censimenti del cielo, come quello del Vera Rubin Observatory, permetteranno di scoprirne molte altre», conclude Monelli, «contribuendo a verificare se questa apparente discrepanza dipenda davvero dai limiti delle osservazioni o richieda di rivedere i modelli teorici».
Per saperne di più:
- Leggi l’articolo su Astronomy & Astrophysics “Andromeda XXXVI: Discovery of a new ultra-faint dwarf galaxy towards M31” di J. D. Sakowska, D. Martínez-Delgado, M. L. M. Collins, Matteo Monelli, Giuseppe Donatiello, Amandine Doliva-Dolinsky and Isabel M. E. Santos-Santos.