La riga superiore di questo mosaico presenta immagini Hubble di tre galassie a spirale, ognuno dei quali pesa parecchie volte tanto quanto la Via Lattea. La riga in basso mostra tre galassie a spirale ancora più massicce che si qualificano come "super spirali, ” che sono stati osservati dalla Sloan Digital Sky Survey a terra. Le super spirali hanno tipicamente da 10 a 20 volte la massa della Via Lattea. La galassia in basso a destra, 2MFGC 08638, è la super spirale più massiccia conosciuta fino ad oggi, con un alone di materia oscura che pesa almeno 40 trilioni di Soli. Gli astronomi hanno misurato i tassi di rotazione nei tratti esterni di queste spirali per determinare quanta materia oscura contengono. Hanno scoperto che le super spirali tendono a ruotare molto più velocemente del previsto per le loro masse stellari, rendendoli outlier. La loro velocità può essere dovuta all'influenza di un alone di materia oscura circostante, il più grande dei quali contiene la massa di almeno 40 trilioni di soli. Credito:riga superiore:NASA, ESA, P. Ogle e J. DePasquale (STScI). Riga inferiore:SDSS, P. Ogle e J. DePasquale (STScI)
Quando si tratta di galassie, Quanto veloce è veloce? La via Lattea, una galassia a spirale media, ruota a una velocità di 130 miglia al secondo (210 km/sec) nelle vicinanze del nostro Sole. Una nuova ricerca ha scoperto che le galassie a spirale più massicce ruotano più velocemente del previsto. Queste "super spirali, " il più grande dei quali pesa circa 20 volte di più della nostra Via Lattea, gira a una velocità massima di 350 miglia al secondo (570 km/sec).
Le super spirali sono eccezionali in quasi tutti i modi. Oltre ad essere molto più massiccio della Via Lattea, sono anche più luminosi e più grandi nelle dimensioni fisiche. La campata più grande 450, 000 anni luce rispetto ai 100 della Via Lattea, Diametro di 000 anni luce. Ad oggi sono note solo circa 100 super spirali. Le super spirali sono state scoperte come una nuova importante classe di galassie durante lo studio dei dati dello Sloan Digital Sky Survey (SDSS) e del database extragalattico (NED) della NASA/IPAC.
"Le super spirali sono estreme sotto molti aspetti, " dice Patrick Ogle dello Space Telescope Science Institute di Baltimora, Maryland. "Battono i record di velocità di rotazione."
Ogle è il primo autore di un articolo pubblicato il 10 ottobre, 2019, nel Lettere per riviste astrofisiche . L'articolo presenta nuovi dati sui tassi di rotazione delle super spirali raccolti con il Southern African Large Telescope (SALT), il più grande telescopio ottico dell'emisfero australe. Ulteriori dati sono stati ottenuti utilizzando il telescopio Hale di 5 metri dell'Osservatorio di Palomar, gestito dal California Institute of Technology. I dati della missione Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) della NASA sono stati fondamentali per misurare le masse delle galassie nelle stelle e i tassi di formazione stellare.
Facendo riferimento al nuovo studio, Tom Jarrett dell'Università di Città del Capo, Il Sudafrica dice, "Questo lavoro illustra magnificamente la potente sinergia tra le osservazioni ottiche e infrarosse delle galassie, rivelando i moti stellari con la spettroscopia SDSS e SALT, e altre proprietà stellari, in particolare la massa stellare o "spina dorsale" delle galassie ospiti, attraverso l'imaging a medio infrarosso WISE".
La teoria suggerisce che le super spirali ruotano rapidamente perché si trovano all'interno di nuvole incredibilmente grandi, o aloni, di materia oscura. La materia oscura è stata collegata alla rotazione delle galassie per decenni. L'astronoma Vera Rubin ha aperto la strada al lavoro sui tassi di rotazione delle galassie, mostrando che le galassie a spirale ruotano più velocemente che se la loro gravità fosse dovuta esclusivamente alle stelle e al gas costituenti. Un ulteriore, la sostanza invisibile nota come materia oscura deve influenzare la rotazione delle galassie. Si prevede che una galassia a spirale di una data massa nelle stelle ruoti a una certa velocità. Il team di Ogle ha scoperto che le super spirali superano significativamente la velocità di rotazione prevista.
Le super spirali risiedono anche in aloni di materia oscura più grandi della media. L'alone più massiccio misurato da Ogle contiene abbastanza materia oscura da pesare almeno 40 trilioni di volte il nostro Sole. Quella quantità di materia oscura normalmente conterrebbe un gruppo di galassie piuttosto che una singola galassia.
"Sembra che la rotazione di una galassia sia determinata dalla massa del suo alone di materia oscura, "Spiega Ogle.
Il fatto che le super spirali rompano la consueta relazione tra la massa della galassia nelle stelle e la velocità di rotazione è una nuova prova contro una teoria alternativa della gravità nota come Dinamica Newtoniana Modificata, o MONDO. MOND propone che sulle scale più grandi come le galassie e gli ammassi di galassie, la gravità è leggermente più forte di quanto previsto da Newton o Einstein. Ciò causerebbe le regioni esterne di una galassia a spirale, Per esempio, ruotare più velocemente di quanto altrimenti previsto in base alla sua massa in stelle. MOND è progettato per riprodurre la relazione standard nelle velocità di rotazione a spirale, quindi non può spiegare valori anomali come super spirali. Le osservazioni della super spirale suggeriscono che non è richiesta alcuna dinamica non newtoniana.
Nonostante siano le galassie a spirale più massicce dell'universo, le super spirali sono in realtà sottopeso nelle stelle rispetto a quanto ci si aspetterebbe per la quantità di materia oscura che contengono. Ciò suggerisce che l'enorme quantità di materia oscura inibisce la formazione stellare. Ci sono due possibili cause:1) Qualsiasi gas aggiuntivo che viene trascinato nella galassia si schianta insieme e si surriscalda, impedendole di raffreddarsi e formare stelle, oppure 2) La rapida rotazione della galassia rende più difficile il collasso delle nubi di gas contro l'influenza della forza centrifuga.
"Questa è la prima volta che troviamo galassie a spirale più grandi che possano mai essere, "dice Ogle.
Nonostante queste influenze dirompenti, le super spirali sono ancora in grado di formare stelle. Sebbene le più grandi galassie ellittiche abbiano formato tutte o la maggior parte delle loro stelle più di 10 miliardi di anni fa, le super spirali stanno ancora formando le stelle oggi. Convertono circa 30 volte la massa del Sole in stelle ogni anno, il che è normale per una galassia di quelle dimensioni. A confronto, la nostra Via Lattea forma circa una massa solare di stelle all'anno.
Ogle e il suo team hanno proposto ulteriori osservazioni per aiutare a rispondere a domande chiave sulle super spirali, comprese le osservazioni progettate per studiare meglio il movimento del gas e delle stelle all'interno dei loro dischi. Dopo il lancio nel 2021, Il James Webb Space Telescope della NASA potrebbe studiare le super spirali a distanze maggiori e di conseguenza età più giovani per imparare come si evolvono nel tempo. E la missione WFIRST della NASA potrebbe aiutare a localizzare più super spirali, che sono estremamente rari, grazie al suo ampio campo visivo.
