È ancora una matricola, ma ha già un palmarès di tutto rispetto, con una pubblicazione su The Astrophysical Journal a suo nome (unico, tra l’altro) e tre galassie che portano il suo cognome, che sono l’oggetto dello studio. Si chiama Julian Shapiro ed è uno studente del corso di astrofisica all’Università della California a Berkeley. Le tre galassie che ha scoperto sono Shapiro Dg I, II e III.
Shapiro Dg I, II e III sono tre galassie nane, ovvero sistemi galattici di piccole dimensioni e con una quantità relativamente ridotta di stelle, gas e materia oscura rispetto alle galassie più grandi come la Via Lattea.
Immagine composita realizzata utilizzando i dati della Sloan Digital Sky Survey, dell’Hyper Suprime-Cam Legacy e del Canada-France-Hawaii Telescope, che mostra le tre galassie nane scoperte nella ricerca. Crediti: Julian Shapiro
Scovate dal giovane ricercatore nei dati d’archivio ottenuti dalla Hyper Suprime-Cam (Hsc), una potente fotocamera installata sul telescopio Subaru e dal Canada–France–Hawaii Telescope, le tre galassie sono isolate, si trovano cioè lontane da altre galassie, e hanno smesso di formare attivamente nuove stelle. Un comportamento, quest’ultimo, che ha attirato l’attenzione del ricercatore.
In genere, infatti, le galassie nane isolate conservano una quantità sufficiente di materia prima per formare nuove stelle. Al contrario di quelle che si trovano in ambienti densi o nelle vicinanze di galassie più massicce, che tendono a esaurire la propria attività di formazione stellare, anche a causa delle interazioni gravitazionali e idrodinamiche con l’ambiente, che possono sottrarre loro il gas freddo necessario. Le tre galassie nane individuate da Shapiro (una delle quali, Dg-1, identificata indipendentemente anche da un altro gruppo di ricerca, nell’ambito del progetto Id-Mage) rappresentano in questo senso un enigma.
«Le galassie nane esistono sia come galassie isolate sia come satelliti di galassie più grandi, come la nostra Via Lattea», spiega Shapiro. «Nel caso delle galassie isolate, ci si aspetta che in questi sistemi galattici la formazione stellare sia ancora attiva, poiché non ci sono galassie più grandi nelle vicinanze che possano privarle del gas necessario a formare nuove stelle. Le galassie che ho scoperto, però, fanno eccezione».
Shapiro Dg I, II e III, infatti, pur trovandosi isolate, sono quiescenti, sembrano cioè aver perso la capacità di formare nuove stelle. Come spiegare questa anomalia? Secondo Shapiro, una soluzione al dilemma c’è e chiama in causa le cosiddette galassie backsplash. «Nel mio articolo suggerisco che le tre galassie potrebbero essere tra le prime candidate galassie backsplash a essere identificate e risolte, ovvero galassie che in passato sono transitate vicino a una grande galassia, perdendo il proprio gas a causa della pressione esercitata da quest’ultima, per poi essere espulse nuovamente verso l’esterno».
Più in dettaglio, secondo Shapiro, le tre galassie potrebbero essere passate in precedenza sotto l’influenza gravitazionale di Messier 101, chiamata anche galassia Girandola (Pinwheel galaxy). Durante questo passaggio, le galassie sarebbero state private del gas necessario a formare nuove stelle, prima di essere poi espulse verso regioni più remote dello spazio. Esclusivamente per Shapiro dg II esisterebbe anche uno scenario alternativo: la sua posizione è sufficientemente vicina alla galassia a spirale Ngc 5585 da rendere possibile che si tratti di una debole galassia satellite, anziché una galassia backsplash, dice Shapiro.
Per determinare dove fosse più probabile trovare galassie nane backsplash nelle vicinanze di una galassia simile alla Via Lattea e in quali condizioni queste galassie potessero essere individuate nei dati d’archivio dei telescopi, Shapiro si è avvalso di sofisticate simulazioni idrodinamiche. Una parte consistente della ricerca è stata inoltre dedicata alla stima delle distanze, fondamentale per stabilire se le tre galassie fossero davvero isolate.
Il giovane ricercatore, autore della scoperta delle tre galassie nane oggetto dello studio, Julian Shapiro
«Costruire le conoscenze di base necessarie per individuare queste galassie, sviluppare il codice per la modellizzazione e l’analisi e confrontare i risultati con il nostro modello cosmologico è stata una sfida», racconta Shapiro. «Sono stato fortunato perché molti dei principali journal del settore sono accessibili gratuitamente: questo mi ha permesso di acquisire le conoscenze e le competenze necessarie».
Shapiro auspica che future osservazioni con telescopi spaziali ad alta risoluzione permettano di determinare con precisione la posizione delle tre galassie ed escludere spiegazioni alternative della loro condizione di galassie quiescenti, mentre il Vera C. Rubin Observatory potrebbe contribuire alla ricerca, individuando numerose altre potenziali galassie backsplash.
Il modello cosmologico standard, la teoria oggi più accreditata per descrivere la struttura dell’universo, prevede che le galassie backsplash siano piuttosto comuni, eppure finora è stato difficile individuarne esempi nell’universo locale. Le tre galassie nane individuate da Shapiro potrebbero offrire nuovi indizi a sostegno del modello, mostrando che i processi che esso prevede possono agire anche in ambienti cosmici meno densi ed estremi. Lo studio rafforza inoltre l’ipotesi secondo cui alcune galassie isolate abbiano perso la capacità di produrre stelle in seguito all’azione di forze esterne, probabilmente durante un precedente passaggio in prossimità di galassie più massicce. Va però sottolineato che si tratta al momento di tre “candidate”: saranno dunque necessarie ulteriori osservazioni per determinarne con maggiore precisione le distanze e la natura.
Shapiro ha condotto gran parte della ricerca quando era ancora alle scuole superiori. Oggi al suo primo semestre alla Uc Berkeley, frequenta i corsi di astrofisica, insieme agli insegnamenti obbligatori di matematica e fisica, con l’obiettivo di conseguire una laurea in questa disciplina.
«Mi piacerebbe che il mio lavoro fosse d’ispirazione per i giovani che desiderano intraprendere una carriera nella ricerca astrofisica», dice Shapiro. «Spesso i programmi scolastici dedicano poco spazio all’astronomia, e per gli studenti può essere difficile trovare un tutor e acquisire esperienza nel campo. Il mio lavoro dimostra che i dati d’archivio provenienti dai telescopi sono uno strumento fondamentale per fare nuove scoperte sulla cosmologia e sull’evoluzione dell’universo, e che anche i giovani astronomi possono contribuire a queste scoperte».
Il Davidson Institute ha riconosciuto il lavoro di Shapiro sulle galassie backsplash nominandolo Davidson Fellow 2026 e assegnandogli un premio in denaro di 25mila dollari. Nel 2025, inoltre, Shapiro aveva ricevuto il National Young Astronomer Award della Astronomical League. E il suo mentore, il professore di astronomia della Berkeley Alex Filippenko, ha elogiato il modo in cui ha condotto la ricerca e analizzato i risultati.
«Julian ha condotto una ricerca di notevole livello quando era ancora alle scuole superiori, un fatto decisamente insolito, che è stato riconosciuto con la prestigiosa Davidson Fellowship», sottolinea Filippenko. «Mi ritengo molto fortunato che abbia scelto la University of California, Berkeley, per i suoi studi universitari in astrofisica e, soprattutto, che abbia deciso di unirsi al mio gruppo di ricerca».
Per saperne di più:
- Leggi su The Astrophysical Journal l’articolo “Discovery of Isolated, Quenched Candidate Backsplash Dwarf Galaxies near M101” di Julian Shapiro