Tre anni fa, un team guidato dall'Università dello Utah ha scoperto che una galassia nana ultracompatta conteneva un buco nero supermassiccio, quindi la più piccola galassia conosciuta ad ospitare un buco nero così gigantesco. I risultati hanno suggerito che le nane erano probabilmente piccoli avanzi di galassie più grandi che sono state spogliate dei loro strati esterni dopo essersi scontrate con altre, galassie più grandi.

Ora, lo stesso gruppo di astronomi e colleghi U ha trovato altre due galassie nane ultracompatte con buchi neri supermassicci. Insieme, i tre esempi suggeriscono che i buchi neri si nascondano al centro della maggior parte di questi oggetti, potenzialmente raddoppiando il numero di buchi neri supermassicci conosciuti nell'universo. I buchi neri costituiscono un'alta percentuale della massa totale delle galassie compatte, supportando la teoria secondo cui le nane sono i resti di massicce galassie che sono state fatte a pezzi da galassie più grandi.

"Ancora non capiamo appieno come si formano ed evolvono le galassie nel tempo. Questi oggetti possono dirci come le galassie si fondono e si scontrano, " dice Chris Ahn, dottorando nel Dipartimento di Fisica e Astronomia, e autore principale dello studio internazionale pubblicato lunedì in Il Giornale Astrofisico . "Forse una frazione dei centri di tutte le galassie sono in realtà queste galassie compatte spogliate delle loro parti esterne".

Misurare le galassie

Gli autori hanno misurato due galassie nane ultracompatte, denominati VUCD3 e M59cO, che si trovano ben oltre i bracci a spirale della nostra Via Lattea, massicce galassie orbitanti nell'ammasso di galassie della Vergine. Hanno rilevato un buco nero supermassiccio in entrambe le galassie; Il buco nero di VUCD3 ha una massa equivalente a 4,4 milioni di soli, che costituiscono circa il 13% della massa totale della galassia, e il buco nero di M59cO ha una massa di 5,8 milioni di soli, che costituiscono circa il 18% della sua massa totale.

A confronto, il mostruoso buco nero al centro della Via Lattea ha una massa di 4 milioni di soli, ma costituisce meno dello 0,01% della massa totale della galassia.

"È piuttosto sorprendente se ci pensi davvero. Queste nane ultracompatte sono circa lo 0,1 percento delle dimensioni della Via Lattea, eppure ospitano buchi neri supermassicci più grandi del buco nero al centro della nostra galassia, " si meraviglia Ahn.

Per calcolare la massa delle galassie nane ultracompatte, gli astronomi hanno misurato il movimento delle stelle utilizzando il telescopio Gemini North situato sul vulcano Mauna Kea alle Hawaii. Gli astronomi devono correggere le distorsioni causate dall'atmosfera terrestre. Hanno sparato un laser nel cielo per creare una piccola stella finta, e spostava uno specchio centinaia di volte al secondo per annullare la distorsione. Hanno quindi applicato la tecnica alle galassie nane ultracompatte, che sono così piccoli che le correzioni sono necessarie per misurare i movimenti all'interno dell'oggetto. La tecnica, nota come ottica adattiva, mette a fuoco la galassia una volta sfocata.

Hanno anche analizzato le immagini del telescopio spaziale Hubble per misurare la distribuzione delle stelle in ciascuna galassia, e ha creato una simulazione al computer che meglio si adattava alle loro osservazioni.

Hanno scoperto che il moto delle stelle al centro delle galassie si muoveva molto più velocemente di quelle all'esterno, una classica firma di un buco nero. VUCD3 e M59cO sono la seconda e la terza galassie nane ultracompatte che contengono un buco nero supermassiccio, suggerendo che tutte queste nane potrebbero ospitare oggetti altrettanto massicci che succhiano la luce.

Misteri della galassia nana ultracompatta

Gli astronomi hanno scoperto galassie nane ultracompatte alla fine degli anni '90. Gli oggetti sono costituiti da centinaia di milioni di stelle densamente ammassate insieme su una media di 100 anni luce di diametro. Gli scienziati hanno effettuato misurazioni per vedere cosa stava accadendo all'interno delle galassie, e qualcosa non tornava; le galassie nane ultracompatte avevano una massa maggiore di quella che le loro stelle da sole potevano spiegare. L'autore senior Anil Seth, professore assistente presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell'U, ha condotto lo studio del 2014 che ha trovato la prima galassia nana ultracompatta con un buco nero supermassiccio. I due studi condotti da U dimostrano che i buchi neri supermassicci al centro delle galassie sono responsabili della massa extra.

Una teoria alternativa delle nane è che sono solo ammassi stellari davvero massicci, gruppi di centomila stelle nate contemporaneamente. Il più grande ammasso stellare della Via Lattea è di tre milioni di stelle, e le galassie nane ultracompatte sono da 10 a 100 volte più grandi. "La domanda era, 'È perché formano ammassi stellari più grandi con lo stesso processo? O sono diversi in qualche modo?' Questo lavoro mostra che sono diversi, "Seth continua.

"È ovvio in retrospettiva, perché il centro di una galassia regolare sembra quasi esattamente come questi oggetti, ma non era quello che la maggior parte delle persone pensava che fossero. Non ero convinto che avremmo trovato un buco nero quando ho fatto le osservazioni, " dice Seth. "Questo è un bell'esempio di scoperta scientifica e di quanto velocemente puoi riorientare la nostra comprensione dell'universo."

Buchi neri e formazione di galassie

I buchi neri sono aree con una gravità così forte che nemmeno la luce può sfuggire. Si formano quando le stelle collassano, lasciando dietro di sé un buco nero con una massa densa che esercita una forza gravitazionale sugli oggetti che lo circondano. I buchi neri supermassicci hanno una massa di oltre 1 milione di soli, e si pensa che siano al centro di tutte le grandi galassie.

Una spiegazione per il buco nero supermassiccio all'interno delle galassie nane ultracompatte è che le galassie un tempo erano costituite da miliardi di stelle. Gli autori ritengono che le nane siano state "inghiottite" e fatte a pezzi dalla gravità di galassie molto più grandi. Il buco nero nano ultracompatto è ciò che resta delle sue enormi dimensioni. I risultati cambiano il modo in cui gli astronomi possono ricostruire il modo in cui le galassie si formano e si evolvono nel tempo.

"Sappiamo che le galassie si fondono e si combinano continuamente:è così che si evolvono le galassie. La nostra Via Lattea sta divorando le galassie mentre parliamo, " dice Seth. "La nostra immagine generale di come si formano le galassie è che le piccole galassie si fondono per formare grandi galassie. Ma ne abbiamo un quadro davvero incompleto. Le galassie nane ultracompatte ci forniscono una linea temporale più lunga per poter guardare cosa è successo in passato".