Gli scienziati dell'EPFL hanno completato il difficile compito di analizzare in dettaglio 27 galassie nane, identificare le condizioni in cui si sono formati e come si sono evoluti da allora. Queste galassie su piccola scala sono perfette per studiare i meccanismi della formazione di nuove stelle e i primissimi passi nella creazione dell'universo.

Le galassie nane non emettono molta luce e sono quindi difficili da osservare, ma hanno molto da insegnarci su come è stato creato l'universo. Un team di scienziati del Laboratorio di Astrofisica dell'EPFL (LASTRO) ha studiato meticolosamente 27 di queste galassie e ha trovato un sorprendente grado di variazione nei meccanismi con cui si sono formate le loro stelle. I risultati del loro scrupoloso lavoro sono stati pubblicati in Astronomia e astrofisica .

"Le galassie nane sono le galassie più piccole e probabilmente le più antiche dell'universo. Secondo la teoria cosmologica standard, le galassie più grandi si formano dalla fusione di queste più piccole, "dice Yves Revaz, un esperto di dinamiche galattiche presso LASTRO.

Sebbene possano essere chiamati "nani, " sono infatti enormi e possono pesare ovunque tra centinaia di migliaia e diversi milioni di volte più del sole. Sono anche le galassie con la maggior quantità di materia oscura. Il team LASTRO ha quindi dovuto sviluppare modelli informatici altamente sofisticati per studiare queste galassie ' proprietà, dimensione e temporalità – tutte cose che vanno ben oltre la nostra comprensione di base.

I loro modelli tengono conto di ciascuno dei componenti delle galassie:gas, stelle e materia oscura – così come la relazione tra materia oscura e materia visibile (chiamata "materia barionica" in astrofisica). I modelli tengono conto anche delle condizioni in cui si è formata la materia quando l'universo è stato creato per la prima volta circa 14 miliardi di anni fa, condizioni che ora sono note grazie alle recenti missioni spaziali effettuate per scoprire le firme del Big Bang.

Passo dopo passo

Per analizzare le galassie nane, gli scienziati hanno prima preso ogni modello e sono andati passo dopo passo attraverso le caratteristiche chiave delle galassie come la quantità di gas (principalmente idrogeno) che contengono, il riscaldamento e il raffreddamento dei loro mezzi interstellari, i loro processi di compressione ed espansione, le successive generazioni delle loro stelle, le supernove di quelle stelle, e il conseguente rilascio di una serie di sostanze chimiche. Gli scienziati hanno quindi confrontato i risultati dei loro modelli con i dati ottenuti osservando le galassie nane, in particolare, quelli che orbitano intorno alla nostra galassia, la via Lattea, e la sua vicina galassia, Andromeda (M31) - utilizzando telescopi ottici di otto metri, i più grandi attualmente in circolazione. Queste galassie nane fanno parte di quello che viene chiamato il Gruppo Locale e sono abbastanza vicine da consentire agli astrofisici di ottenere informazioni accurate sull'età e sui componenti chimici delle singole stelle.

Assicurarsi che i risultati dei modelli corrispondano ai dati empirici è essenziale se gli scienziati vogliono usarli per testare le loro teorie sulla materia oscura, i tipi di oggetti responsabili della reionizzazione dell'universo, e le condizioni ei periodi di tempo per la formazione di nuove stelle.

Questa è la prima volta che le galassie nane sono state esaminate in modo così dettagliato e in condizioni cosmologiche - cioè, non considerandoli come sistemi isolati ma piuttosto tenendo conto di tutte le interazioni tra i primissimi sistemi galattici.

Ottime cavie

"Il vantaggio delle galassie nane è che rispondono molto bene anche a piccoli cambiamenti nelle condizioni, rendendole ottime cavie per lo studio delle galassie in genere, "dice Pascale Jablonka, un ricercatore LASTRO specializzato in spettroscopia e sviluppo chimico delle galassie e coautore dello studio. Ad esempio, analizzando la luce emessa dalle stelle, è stata in grado di determinare la loro composizione chimica e quanto tempo hanno impiegato per formarsi.

"I nostri modelli ci hanno permesso di creare un database di molti diversi tipi di attività stellare e ci hanno fornito informazioni preziose sui fattori che possono accelerare la formazione delle stelle, rallentare o addirittura fermarsi del tutto, "dice Revaz.

Sulla base dei dati raccolti, che includono un numero impressionante di diversi meccanismi di formazione stellare, dato quanto sono "piccole" le galassie nane, il team LASTRO ha scoperto che il meccanismo specifico utilizzato dipende dalla densità della materia oscura e barionica della galassia. Quella densità determina se una galassia continuerà a fare stelle o si fermerà improvvisamente. Se la materia di una galassia nana è troppo dispersa, allora il suo idrogeno diventerà troppo caldo ed evaporerà, il che significa che non può più formare stelle. Se invece una galassia nana ha un denso alone di materia oscura che la protegge, quindi la formazione stellare continuerà a ritmo sostenuto.