Proprio come il sole si muove all'interno della Via Lattea, tutte le stelle nelle galassie si muovono, ma con orbite molto diverse. Alcune delle stelle hanno forti rotazioni, mentre altri potrebbero muoversi casualmente senza una chiara rotazione. Confrontando la frazione di stelle su orbite diverse, i ricercatori possono determinare come si formano ed evolvono le galassie. Un team internazionale di astronomi ha ricavato direttamente, per la prima volta, la distribuzione orbitale di un campione di galassie contenente più di 300 galassie dell'universo locale. I risultati, pubblicato in Astronomia della natura , si basano sull'indagine CALIFA, un progetto sviluppato presso l'Osservatorio di Calar Alto e concepito dall'Istituto di Astrofisica dell'Andalusia (IAA-CSIC).

Le galassie sono le strutture più grandi dell'universo, e gli scienziati studiano come si evolvono per comprendere la storia dell'universo. La formazione delle galassie comporta l'assemblaggio gerarchico di aloni di materia oscura, insieme alla condensazione della materia normale al centro degli aloni, dove avviene la formazione stellare. Stelle che si sono formate da un insediamento, sottile disco di gas e poi vissuti anche se periodi di quiescenza dinamica presenteranno orbite quasi circolari, mentre le stelle con moti casuali sono il risultato di ambienti turbolenti, alla nascita o dopo, con fusioni galattiche.

Così, i moti delle stelle in una galassia sono come un libro di storia, registrare le informazioni sul loro ambiente di nascita e crescita, che potrebbe rivelare come si è formata la galassia. "Però, il moto di ogni singola stella non è direttamente osservabile nelle galassie esterne. Le galassie esterne sono proiettate sul piano di osservazione come un'immagine e non possiamo risolvere le stelle discrete in essa, "dice Ling Zhu, ricercatore del Max Planck Institute for Astronomy che guida lo studio. "L'indagine CALIFA utilizza una tecnica di recente sviluppo, spettroscopia di campo integrale, che può osservare le galassie esterne in modo tale da fornire il moto complessivo delle stelle. Così, possiamo ottenere mappe cinematiche di ogni galassia."

I ricercatori hanno quindi costruito modelli per ciascuna galassia sovrapponendo le stelle su diversi tipi di orbite. Vincolando il modello con l'immagine osservata e le mappe cinematiche, possono scoprire la quantità di stelle che si muovono su diversi tipi di orbite in ogni galassia. La chiamano la distribuzione dell'orbita stellare, e per questo studio, il team ha costruito modelli per 300 galassie che sono rappresentativi delle proprietà generali delle galassie nell'universo locale.

Le mappe mostrano i cambiamenti nella distribuzione dell'orbita galattica a seconda della massa stellare totale delle galassie. Le orbite rotanti ordinate sono più importanti nelle galassie con masse stellari totali di 10 miliardi di masse solari, e meno importante per quelli più massicci. Non sorprende che le orbite di movimento casuale dominino le galassie più massicce (più di 100 miliardi di masse solari). "Questa è la prima sequenza di massa basata sull'orbita per tutti i tipi morfologici. Include informazioni fiorenti sul passato di una galassia, fondamentalmente se fosse stata una tranquilla successione di sole fusioni più piccole o modellata da una violenta grande fusione. Sono necessari ulteriori studi per comprendere i dettagli, " dice Glenn van de Ven (ESO).

I ricercatori avevano trovato un metodo nuovo e accurato per leggere la storia di una galassia e la loro indagine con i suoi set di dati per 300 galassie si è rivelata la più grande biblioteca esistente di libri di storia della galassia.

"Questo lavoro mette in evidenza l'importanza della spettroscopia di campo integrale e, in particolare, di indagini su larga scala come il progetto CALIFA. Il contributo significativo di quelle che chiamiamo orbite "calde", un misto di rotazione e movimenti casuali della componente stellare, pone importanti sfide ai modelli cosmologici di formazione ed evoluzione delle galassie, "dice Ruben García Benito, un ricercatore presso l'Istituto di Astrofisica dell'Andalusia (IAA-CSIC) che partecipa al progetto.

I risultati di CALIFA rappresentano una distribuzione orbitale delle galassie determinata osservativamente nell'universo attuale. Si prestano così al confronto diretto con campioni di simulazioni cosmologiche di galassie in un contesto cosmologico. In questo senso, questi risultati aprono una nuova finestra per confrontare le simulazioni di galassie con la popolazione di galassie osservata nell'universo attuale.