La tavolozza di colori di NGC 4707

Sono passati ben 227 anni da quando l’astronomo britannico William Herschel (a cui è stato dedicato l’omonimo telescopio spaziale) scoprì la brillante galassia a spirale poi denominata NGC 4707.

In direzione della costellazione dei Cani da caccia, la galassia si trova a ben 22 milioni di anni luce da noi. Grazie ai potenti telescopi moderni, come Hubble di NASA/ESA, oggi è possibile studiare questa e molte altre galassie lontane con dettagli che due secoli fa Herschel poteva solo sognare. L’immagine che vedete è stata realizzata con l’Advanced Camera for Surveys (ACS) montata a bordo del telescopio spaziale Hubble. Già all’epoca, l’astronomo britannico di origini tedesche descrisse l’oggetto in questione come una “piccola galassia stellare”. È classificata come galassia a spirale (del tipo Sm): in generale la sua forma è molto indefinita e il suo gruppo centrale di stelle (bulge) è molto piccolo, quasi inesistente. Guardandola con il telescopio, appare come una spruzzata di stelle brillanti su un cielo scuro che fa da tela. Le macchie blu che vedete nella foto rappresentano regioni di recente formazione stellare: le stelle appena nate hanno toni luminosi e intensi di azzurro e turchese.
di Eleonora Ferroni (INAF)
Nella foto: la galassia a spirale NGC 4707, nella Costellazione dei Cani da caccia. La brillante galassia si trova a circa 22 milioni di anni luce dalla Terra. Crediti: ESA/Hubble & NASA

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La gioventù delle galassie come la Via Lattea

Le galassie a spirale, come la Via Lattea, non hanno sempre avuto quel bell’aspetto ordinato “a girandola” che possiamo ammirare nell’universo attuale, ad esempio nella nostra vicina Andromeda. È opinione comune fra gli astronomi che, 8 o 9 miliardi anni fa, le progenitrici della Via Lattea e di altre simili galassie a spirale fossero più piccole e meno strutturate. In compenso erano incredibilmente ricche di materiale adatto per la formazione stellare, così tanto da riuscire a sfornare nuove stelle più rapidamente che in qualsiasi altro momento delle loro lunghe vite.
Ora, una collaborazione internazionale di astronomi, guidata da Casey Papovich della Texas A&M University, utilizzando la schiera di 66 antenne del radiointerferometro ALMA in Cile, ha trovato forti evidenze che supportano questa visione. Studiando quattro remote galassie, che potrebbero essere definite come “versioni giovanili” di galassie a spirale simili alla Via Lattea, così come apparivano più o meno 9 miliardi di anni fa, i ricercatori hanno scoperto che ogni galassia presentava un’incredibile abbondanza di monossido di carbonio, un gas ben noto per essere indicativo di formazione stellare.
«Abbiamo usato ALMA per osservare delle versioni adolescenziali della Via Lattea, e abbiamo effettivamente trovato che tali galassie hanno quantità molto più elevate di gas molecolare, combustibile appropriato per una rapida formazione di stelle», ha detto Papovich, prima firma sull’articolo scientifico appena pubblicato nel numero d’esordio di Nature Astronomy.  «Io paragono queste galassie a un ragazzo, un giovane che consuma una prodigiosa quantità di cibo per alimentare la propria crescita durante il periodo dell’adolescenza».
Anche se in queste galassie l’abbondanza relativa di  gas per la formazione stellare è estrema, esse non sono ancora completamente formate, e risultano di taglia piuttosto piccolarispetto alla Via Lattea, così come la possiamo misurare all’epoca attuale. I nuovi dati di ALMA indicano che la maggior parte della massa in queste galassie è racchiusa nel gas molecolare freddopiuttosto che nelle stelle. Queste osservazioni, secondo i ricercatori, sono fondamentali per disegnare un quadro completo di come la materia si è evoluta nelle galassie di dimensioni paragonabili alla Via Lattea e, in definitiva, di come si sia formata la nostra stessa casa galattica.
di Stefano Parisini (INAF)

L’irregolare IC 3583 nell’occhio di Hubble

Una barra di stelle che attraversa il centro della galassia: è questo che rende particolare l’irregolare IC 3583, a 30 milioni di anni luce da noi nella costellazione della Vergine. Le galassie barrate sono comuni in tutto l’Universo, ma per la maggior parte hanno una forma a spirale. Così come la nostra Via Lattea, anche due dei nostri vicini galattici, la Grande e la Piccola Nube di Magellano, sono barrati e ciò può indicare che in passato potrebbero essere stati lacerati dalla forza gravitazionale della Via Lattea. Ci sono due tipi di galassie irregolari. Quelle di tipo I di solito sono galassie singole di aspetto peculiare, contengono una grande quantità di giovani stelle e mostrano nebulose luminose che sono visibili anche in galassie a spirale. Nel tipo II ci sono le galassie interagenti, in cui lo strano aspetto è dovuto a due o più galassie in collisione, o che comunque interagiscono gravitazionalmente. Qualcosa di simile accade IC 3583: la barra di stelle potrebbe essere causata dall’interazione con una galassia vicina come Messier 90, con la quale forma la coppia nota come Arp 76.
di Eleonora Fweeoni

ALMA svela il segreto del blob

Un’equipe internazionale ha sfruttato il telescopio ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array), insieme al VLT (Very Large Telescope) dell’ESO e altri telescopi, per scoprire la vera natura di un oggetto raro dell’Universo distante noto come “Blob Lyman-alfa”. Finora gli astronomi non avevano capito che cosa facesse brillare così intensamente queste enormi nubi di gas, ma ora ALMA ha scovato, nel cuore di uno di questi oggetti, due galassie che stanno formando stelle con frenesia e questo processo illumina l’ambiente circostante. Queste due grandi galassie sono al centro di una moltitudine di galassie più piccole che sembrano nella fase iniziale di formazione di un ammasso di galassie massiccio. Si pensa che le due sorgenti ALMA evolveranno prima o poi in un’unica galassia ellittica gigante. I “blob Lyman-alfa” (LAB, da Lyman-alpha Blob in inglese) sono gigantesche nubi di idrogeno gassoso, che raggiungono dimensioni di migliaia di anni luce, a distanze cosmiche elevate. Il nome rimanda alla lunghezza d’onda caratteristica della luce ultravioletta che emettono, nota come radiazione Lyman-alfa. Dall’epoca della loro scoperta, i processi che producono i LAB sono stati un enigma astronomico. Ora le nuove osservazioni con ALMA potrebbero aver chiarito il mistero. Uno dei più grandi “blob” Lyman-alfa che si conosca, e anche il più studiato, è SSA22-Lyman-alpha blob 1, o LAB-1. Nascosto nel cuore di un enorme ammasso di galassie nei primi stadi di formazione, è stato il primo di questi oggetti ad essere scoperto – nel 2000 – e si trova così lontano che la sua luce ha impiegato circa 11,5 miliardi di anni a raggiungerci. Jim Geach, del Centre for Astrophysics Research dell’University of Hertfordshire, e i suoi ricercatori hanno usato le capacità insuperate di ALMA per osservare la luce prodotta dalle fredde nubi di polvere nelle galassie lontane per scrutare nel profondo di LAB-1. E ciò ha permesso di isolare molte sorgenti di radiazione sub-millimetrica. Gli astronomi hanno quindi combinato le immagini di ALMA con osservazioni prese dallo strumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) installato sul VLT, per produrre una mappa dell’emissione Lyman-alfa. Si è così visto che le sorgenti ALMA si trovano nel cuore del “blob” Lyman-alfa, dove formano stelle a un tasso almeno 100 volte più alto di quello della Via Lattea. Immagini profonde ottenute dal telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA e spettroscopia ottenuta all’Osservatorio Keck hanno inoltre mostrato che le sorgenti ALMA sono circondate da numerose galassie più deboli che potrebbero bombardare le sorgenti centrali con il loro materiale, contribuendo a sostenere l’alto tasso di formazione di stelle. L’equipe si è quindi dedicata a una sofisticata simulazione della formazione delle galassie per dimostrare che la nube gigante di emissione Lyman-alfa potrebbe essere spiegata se la luce ultravioletta prodotta dalla formazione stellare nelle sorgenti ALMA si diffonde nell’idrogeno gassoso circostante. L’effetto sarebbe proprio il “blob” Lyman-alfa che vediamo. Geach, primo autore dell’articolo, ha spiegato: «Pensate a un lampione in una notte di nebbia – vedete un chiarore diffuso perché la luce del lampione viene dispersa dalle minuscole gocce d’acqua della nebbia. Qui avviene un fenomeno simile, dove il lampione è una galassia che forma furiosamente nuove stelle e la nebbia è un’enorme nube di gas intergalattico. Le galassie illuminano il proprio ambiente». Capire come si formano ed evolvono le galassie è una sfida importante. Gli astronomi pensano che i “blob” Lyman-alfa siano importanti perché sembrano essere i luoghi in cui si formano le galassie più massicce dell’Universo. In particolare, la luminosità diffusa in Lyman-alfa fornisce informazioni su cosa accade nelle nubi di gas primordiale che circondano le giovani galassie, una regione molto difficile da studiare ma cruciale per la nostra comprensione. Jim Geach ha concluso dicendo che «la cosa più entusiasmante di questi grumi di gas è che ci danno uno scorcio raro di quello che accade a queste giovani galassie in crescita. Per molto tempo l’origine della luminosità Lyman-alfa estesa è stata controversa. Ma combinando le nuove osservazioni con simulazioni all’avanguardia pensiamo di aver risolto l’enigma che dura da almeno 15 anni: Lyman-alpha Blob-1 è il sito di formazione di una galassia ellittica massiccia che un giorno sarà al centro di un ammasso di galassie gigantesco. Stiamo vedendo un’istantanea del processo di assemblaggio di quella galassia, 11,5 miliardi di anni fa».
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Redazione Media Inaf

Dragonfly 44, una galassia rimasta al buio (è composta per il 99.99% di materia oscura)

Grazie ad una serie di osservazioni realizzate con i telescopi Keck II e Gemini North, situati entrambi a Maunakea nelle Hawaii, un gruppo internazionale di astronomi ha identificato una galassia massiva che consiste quasi interamente di materia oscura. I risultati di questo studio sono riportati su Astrophysical Journal Letters. Anche se l’oggetto è relativamente vicino, la galassia, denominata Dragonfly 44, è sfuggita per decenni agli astronomi a causa della sua debole luminosità. La scoperta risale allo scorso anno, quando lo strumento Dragonfly Telephoto Array osservò una regione del cielo verso la costellazione della Chioma. Dopo ulteriori indagini, i ricercatori si resero conto che Dragonfly 44 doveva contenere qualcosa d’altro che la tiene insieme: essa, infatti, presenta così poche stelle che potrebbe essere disgregata rapidamente. Per determinare, quindi, la quantità di materia oscura nella galassia in questione, gli astronomi hanno trascorso sei notti utilizzando lo spettrografo multi-oggetto DEIMOS (DEep Imaging and Multi-Object Spectrograph), installato al telescopio Keck II: lo scopo era misurare la velocità delle stelle per un periodo di osservazione pari a 33,5 ore. Successivamente, i ricercatori hanno utilizzato lo spettrometro GMOS (Gemini Multi-Object Spectrometer), installato al telescopio da 8 metri Gemini North, per rivelare l’alone degli ammassi globulari che circondano il nucleo della galassia, una situazione che ricorda l’alone della Via Lattea. «Sappiamo che il moto delle stelle ci dice quanta materia c’è», spiega Pieter van Dokkum della Yale University e autore principale dello studio. «Alle stelle non interessa quale tipo di materia è presente. Esse ci segnalano che è proprio lì, da qualche parte. Ma nel caso di Dragonfly 44 le stelle si muovono molto velocemente, perciò c’era un’enorme discrepanza: infatti, grazie al telescopio Keck, abbiamo trovato molta più massa indicata dal moto stellare rispetto alla massa dovuta alle stelle». Gli astronomi stimano che la massa di Dragonfly 44 sia pari a un trilione di volte la massa del Sole, un valore molto simile alla massa della Via Lattea. Tuttavia, solamente un centesimo dell’un percento della massa si trova sottoforma di stelle e di materia ordinaria (basti pensare che la nostra galassia possiede molte più stelle rispetto a Dragonfly 44, almeno un centinaio di volte superiore). Dunque, si deduce che il restante 99,99 percento può essere presente sotto forma di materia oscura. È stata una sorpresa trovare una galassia che ha una massa analoga a quella della Via Lattea ed è quasi interamente composta di materia oscura. «Non abbiamo idea su come si formano le galassie come Dragonfly 44», dice Roberto Abraham, dell’Università di Toronto, coautore dello studio. «I dati forniti dal telescopio Gemini mostrano che una frazione relativamente grande di stelle è rappresentata da ammassi stellari compatti, un indizio importante. Ma al momento stiamo facendo solo delle ipotesi».«Tutto ciò ha implicazioni importanti per lo studio della materia oscura», aggiunge Dokkum. «Abbiamo degli oggetti composti quasi interamente di materia oscura, perciò non siamo confusi dalle stelle e da tutte le altre cose presenti in una galassia. Qualche anno fa, le galassie di questo tipo ci apparivano minuscole. Ora questa scoperta apre una nuova finestra su una nuova classe di oggetti massivi, che possiamo analizzare più facilmente grazie al potere esplorativo di telescopi sempre più potenti». «In definitiva, ciò che vogliamo davvero sapere è capire che cos’è la materia oscura», conclude Dokkum. «Gli astronomi sono in piena corsa alla ricerca di galassie massive oscure che sono addirittura più vicine di Dragonfly 44. L’obiettivo è quello di cercare deboli segnali che possano essere riconducibili all’eventuale presenza di qualche particella di materia oscura».
Corrado Ruscica (INAF)

La piccola e solitaria galassia WLM

Sola soletta nell’Universo e “ignorata” dalle altre galassie. Così potremmo descrivere la galassia solitaria nota come Wolf-Lundmark-Melotte, o WLM in breve, catturata in questa immagine dallo strumento OmegaCAM, una camera a grande campo montata sul telescopio VST (VLT survey Telescope) dell’ESO in Cile – un telescopio da 2,6 metri di diametro progettato esclusivamente per osservare il cielo notturno su grandi aree in luce visible. I 32 rivelatori CCD di OmegaCAM producono immagini da 256 megapixel, fornendo immagini molto dettagliate del cosmo. Anche se viene considerata parte del nostro Gruppo Locale, formato da qualche decina di galassie, WLM se ne sta solinga al bordo del gruppo, uno dei membri più remoti. Infatti, la galassia è così piccola e isolata che probabilmente non ha mai interagito con le altre galassie del Gruppo Locale – o forse addirittura con nessun’altra galassia nella storia dell’Universo. Gli esperti hanno puntato il VST in direzione di WLM perché ci offre una rara veduta della natura primordiale delle galassie quasi indisturbate dal loro ambiente. La galassia è stata scoperta nel 1909 dall’astronomo tedesco Max Wolf e identificata come tale circa quindici anni dopo dagli astronomi Knut Lundmark e Philibert Jacques Melotte – il che spiega il particolare nome della galassia. Questo oggetto si trova nella costellazione della Balena a circa tre milioni di anni luce dalla Via Lattea, una delle tre spirali dominanti nel Gruppo Locale.
WLM è piccola e senza una struttura precisa, il che spiega la classificazione come galassia nana irregolare. WLM misura circa 8000 anni luce nella sua dimensione massima, una misura che include anche un alone di stelle molto vecchie scoperte nel 1996. Gli astronomi pensano che galassie relativamente piccole e primordiali abbiano interagito gravitazionalmente le une con le altre e in molti casi si siano fuse, costruendo le galassie composite più grandi. Nel corso di miliardi di anni, questo processo di fusione ha formato le grandi spirali e ellittiche che vediamo comunemente nell’Universo moderno. Le galassie che si assemblano in questo modo assomigliano alle migrazioni delle popolazioni umane che nel corso di migliaia di anni si sono spostate e mescolate in insediamenti sempre più grandi, dando luogo alle megalopoli odierne.
Invece WLM si è sviluppata da sola, lontana dall’influsso delle altre galassie e delle loro popolazioni stellari. Di conseguenza, come una popolazione umana con contatti limitati con l’esterno, WLM rappresenta uno “stato di natura” relativamente non perturbato, dove i cambiamenti avvenuti durante la sua esistenza si sono svolti indipendentemente dalle attività avvenute altrove.
«Le immagini della galassia WLM fanno parte di un ampio studio delle popolazioni stellari e del mezzo interstellare nelle galassie del Gruppo Locale, denominato ‘VST/Omegacam survey of Local Group Dwarf Galaxies’ frutto di una collaborazione italo-olandese», ha spiegato Enrico V. Held (INAF-OAPd) che con E. Tolstoy (Univ. Groningen) dirige il programma di ricerca. «Il confronto delle proprietà delle galassie nane isolate, come WLM, con altri satelliti della nostra Via Lattea, aiuterà gli astronomi a capire l’evoluzione di questi affascinanti oggetti».
Questa piccola galassia mostra un alone molto esteso di stelle rosse e molto deboli, che si estende nell’oscurità dello spazio circostante. La tinta rossastra indica un’età avanzata per le stelle. È probabile che l’alone risalga alla formazione originale della galassia stessa, e potrebbe offrirci indizi sul meccanismo che ha prodotto le primissime galassie.  Le stelle al centro di WLM invece appaiono blu e più giovani. In questa immagine alcune nubi rosate illuminano l’area in cui la luce intensa delle giovani stelle ha ionizzato il gas idrogeno circostante, facendolo splendere di una caratteristica sfumatura di rosso.
di Eleonora Ferroni (INAF)

Galassia nana testimone d’eventi catastrofici

Le osservazioni condotte da un team di scienziati sulla galassia nana ultra-debole Reticulum II, scoperta di recente grazie ai dati della Dark Energy Survey, cercano di fare chiarezza sui processi alla base della creazione degli elementi chimici più pesanti presenti nel nostro universo, come l’oro e il piombo. I risultati dello studio, pubblicati su Nature, indicherebbero gli elementi pesanti principalmente come risultato di eventi catastrofici, ad esempio la collisione tra due stelle di neutroni. La galassia osservata è – tra quelle a oggi note – una delle galassie più piccole e più vicine a noi. La sua vicinanza l’ha resa dunque un bersaglio perfetto per un team di astronomi tra cui Josh Simon, dell’Osservatorio Carnegie di WashingtonAlexander Ji, del Dipartimento di Fisica e del Kavli Institute del Massachusetts Institute of Technology, che hanno studiato la composizione chimica delle galassie vicine. Reticulum II, come altre galassie nane satelliti della Via Lattea (ad esempio la Galassia Nana del Triangolo II), possiede una massa costituita per il 99% circa da materia oscura, ma la sua principale caratteristica è quella di avere stelle abbastanza luminose da prestarsi agli studi chimici, più abbondanti che in ogni altra galassia nana ultra-debole fino ad oggi osservata. Le galassie ultra–deboli sono reperti dell’epoca della nascita delle prime stelle dell’universo, orbitano la nostra galassia e grazie alla semplicità della loro composizione chimica possono essere di grande aiuto agli astronomi per comprendere la storia dei processi stellari risalenti a tale periodo, tra i quali quelli alla base della formazione degli elementi. Molti elementi, infatti, nascono da processi di fusione nucleare, in cui due nuclei atomici fondono e rilasciano energia creando un diverso atomo, più pesante. Ma per gli elementi più pesanti dello zinco gioca un ruolo fondamentale il processo di cattura neutronica “rapido” (rapid in inglese, da cui “processo r“). La cattura neutronica è un tipo di reazione nucleare nella quale un nucleo atomico collide con uno o più neutroni, fondendosi per formare un nucleo più pesante. I neutroni possono essere “catturati” lentamente, nel corso di lunghi periodi di tempo all’interno della stella, oppure in pochi secondi, quando un evento catastrofico provoca una raffica di neutroni che in pratica “bombarda” un’area. I diversi elementi vengono creati a seconda del tipo di processo di cattura neutronica che si verifica. Le osservazioni condotte su Reticulum II hanno rivelato che in sette delle sue nove stelle più brillanti la concentrazione di elementi derivanti da processo di  cattura neutronica “rapido” è maggiore che in ogni altra galassia nana ad oggi osservata. «Queste stelle hanno fino a mille volte più elementi derivanti dal processo rapido di cattura dei neutroni rispetto a qualsiasi altra stella osservata in galassie simili», spiega Alexander Ji, tra gli scienziati autori dello studio. In precedenza, gli astronomi si sono divisi sulla possibilità che tali elementi siano prodotti in prevalenza da esplosioni di supernove o in luoghi cosmici più esotici, come ad esempio la fusione stelle di neutroni. Tuttavia, questa enorme presenza di elementi più pesanti in una galassia nana dimostra che la fonte di elementi derivanti dal processo di cattura dei neutroni di Reticulum II deve essere stato un evento raro e molto meno comune di una “normale” supernova. «Una spiegazione della presenza di una tale quantità di elementi derivanti dal processo rapido di cattura dei neutroni potrebbe essere il verificarsi di un merger tra stelle di neutroni», propone Anna Frebel, sempre del MIT e co-autrice dello studio. Il team spera che le osservazioni su altre stelle della galassia nana ultra–debole Reticulum II possano gettare ulteriore luce sull’origine degli elementi pesanti e la storia di formazione di questo sistema unico. «In ragione delle sue dimensioni, così ridotte, questa galassia nana conserva testimonianze di antichi rari eventi in un modo estremamente chiaro», conclude Simon. «Siamo stati davvero fortunati ad aver trovato una galassia così importante e così vicina a noi».
Francesca Aloisio (INAF)

 

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