Un team di scienziati è riuscito a misurare l’estensione dei gas delle galassie che definisce il confine delle stesse.
Chiedete alla maggior parte delle persone di cosa è fatta una galassia e vi diranno che è fatta di stelle. La nostra galassia, la Via Lattea, ospita tra circa 100 e 300 miliardi di stelle e possiamo vederne migliaia a occhio nudo. Ma la maggior parte della massa di una galassia è in realtà gas e l’estensione del gas è stata difficile da misurare. Ora i ricercatori hanno trovato un modo per vedere quanto lontano si estende questo gas nel cosmo scoprendo che le galassie sono molto più grandi di quanto pensassimo. Una delle domande fondamentali sulle galassie riguarda infatti le loro dimensioni. Se limitiamo le nostre osservazioni alle stelle, allora la nostra galassia, ad esempio, è di circa 87.000 anni luce, di diametro. Ma queste misurazioni definiscono davvero le dimensioni? In una nuova ricerca pubblicata su Nature Astronomy, i ricercatori hanno misurato la portata del gas che si estende oltre la popolazione stellare di una galassia.
La dimensione dell’alone
Credits: A sinistra: NASA/JPL-Caltech; a destra: ESA; layout: ESA/ATG medialab
Le galassie hanno aloni gassosi che fungono da riserve di materiale di formazione stellare chiamato mezzo circumgalattico (CGM). Il CGM si interfaccia con il mezzo intergalattico (IGM), che è ancora più gas che esiste tra le galassie. Il CGM è notoriamente difficile da osservare perché è così diffuso ed esteso. Ma costituisce circa il 70% di una galassia tipica (ignorando la materia oscura) e svolge un ruolo importante di interfaccia tra una galassia e la rete cosmica che collega le galassie.
Gli astronomi si affidano a oggetti luminosi sullo sfondo per cercare di osservare il CGM. Oggetti come quasar, pulsar o altre galassie distanti possono illuminare il gas e consentire agli astronomi di misurarne gli spettri. Ma questo funziona solo quando le cose si allineano correttamente e produce solo un’immagine a raggio della galassia.
In questa nuova ricerca, un team di astronomi ha trovato un modo diverso di osservare il CGM. Hanno utilizzato il Keck Cosmic Web Imager (KCWI) sul telescopio Keck da 10 metri alle Hawaii per osservare il gas attorno a IRAS 08339+6517. Invece di uno sguardo limitato, simile a un raggio, al gas, sono stati in grado di rilevare le nubi di gas ben al di fuori dei tipici confini di una galassia, fino a 100.000 anni luce oltre il limite della luce stellare che definisce tipicamente una galassia.
IRAS 08339+6517 è una galassia starburst a circa 182.000 anni luce di distanza. Una galassia starburst è una galassia che genera stelle a un tasso straordinariamente alto. Le immagini di Hubble mostrano che è una galassia a spirale frontale e il 90% della sua luce stellare è contenuta in un raggio di circa 8000 anni luce. A differenza delle normali spirali, ha proprietà piuttosto estreme, con un tasso di formazione stellare che è circa 10 volte superiore a quello tipico per la sua massa e popolazioni stellari che sono dominate da stelle molto giovani.
Un confine maggiore del previsto
I ricercatori hanno scoperto che, man mano che il CGM si estende oltre la galassia, le proprietà fisiche dell’idrogeno e dell’ossigeno nel gas cambiano. Il cambiamento è onnipresente a una certa distanza e indica che il gas interagisce con diverse fonti di energia. “L’abbiamo trovato ovunque guardassimo, il che è stato davvero emozionante e in un certo senso sorprendente”, ha detto l’autore principale Nielsen. “Ora stiamo vedendo dove finisce l’influenza della galassia, la transizione in cui diventa parte di ciò che circonda la galassia e, alla fine, dove si unisce alla più ampia rete cosmica e ad altre galassie. Questi sono tutti confini solitamente poco definiti”.
“Ma in questo caso, sembra che abbiamo trovato un confine abbastanza chiaro in questa galassia tra il suo mezzo interstellare e il suo mezzo circumgalattico”, ha affermato il professor Nielsen. Nel CGM, il gas viene riscaldato da qualcosa di diverso dalle condizioni tipiche all’interno delle galassie; questo probabilmente include il riscaldamento delle emissioni diffuse dalle galassie collettive nell’Universo, e forse un certo contributo è dovuto agli shock.
Il confine è dove il gas viene riscaldato in modo diverso all’interno della galassia rispetto all’esterno. All’interno del disco della galassia, il gas viene fotoionizzato dalle regioni di formazione stellare HII (idrogeno atomico ionizzato). A distanze maggiori, il gas viene ionizzato dagli shock o dallo sfondo UV extragalattico. “È questo interessante cambiamento che è importante e fornisce alcune risposte alla domanda su dove finisce una galassia”, afferma.
Il gas fluisce nelle galassie e diventa carburante per un’ulteriore formazione stellare. Allo stesso tempo, il gas fuoriesce da una galassia come parte del feedback stellare. Esistono tre grandi tipi di galassie: galassie starburst con quantità estreme di formazione stellare, galassie quenched con pochissima formazione stellare e galassie intermedie. Il gas nel CGM e nell’IGM svolge un ruolo nel bilancio del gas di una galassia.
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Flusso di gas
IRAS 08339+6517 ha un deflusso di gas notevolmente forte, ma il suo profilo di metallicità è piatto e poco profondo. Gli astronomi di solito presumono che le galassie con queste metallicità e alti SFR stiano acquisendo quantità significative di gas. Altre osservazioni scientifiche di IRAS 08339+6517 indicano un rapido afflusso di gas al centro del disco che sta alimentando il fortissimo starburst e di conseguenza i forti deflussi.
Tuttavia, IRAS08 è un oggetto complesso che interagisce anche con una galassia vicina. Le osservazioni VLA del gas HI attorno a IRAS08 hanno identificato un filamento che si estende fino a 130.00 anni luce dalla galassia e contiene il 70% del gas neutro nel sistema. Questo filamento interagisce con una galassia vicina a circa 200.000 anni luce di distanza, che è solo un decimo della massa di IRAS-08. Gli autori affermano che questa interazione con il suo vicino potrebbe migliorare la formazione stellare, ma non ci sono prove che stia influenzando la morfologia di IRAS-08. Questa non sembra essere la prima fase di un’eventuale fusione.
Trovare il confine tra il CGM e l’IGM potrebbe essere un passo fondamentale per comprendere come il gas entra ed esce dalle galassie e come può interagire con le galassie vicine senza fondersi. “Il mezzo circumgalattico gioca un ruolo enorme in quel ciclo di quel gas”, afferma il dott. Nielsen. “Quindi, essendo in grado di comprendere come appare il CGM attorno a galassie di diverso tipo, quelle che formano stelle, quelle che non formano più stelle e quelle che stanno passando da una all’altra, possiamo osservare differenze in questo gas, che potrebbero guidare le differenze all’interno delle galassie, e i cambiamenti in questo serbatoio potrebbero in realtà guidare i cambiamenti nella galassia stessa”.
La natura ha pochi confini discreti: tutto interagisce con altre cose, comprese le galassie massicce. E queste interazioni contengono la chiave per la loro comprensione. Questi risultati potrebbero aprire una finestra completamente nuova sul modo in cui galassie, gas e stelle interagiscono e su come le galassie si evolvono.
Per saperne di più
- Leggi l’articolo originale su Universe Today
- Leggi il paper scientifico sottoposto a revisione paritaria su Nature Astronomy
