Tre immagini dello Spitzer Space Telescope della NASA mostrano coppie di galassie sulla cuspide dei consolidamenti cosmici. Sebbene le galassie sembrino separate ora, la gravità li sta tirando insieme, e presto si uniranno per formare nuovi, galassie unite. Alcune galassie unite sperimenteranno miliardi di anni di crescita. Per gli altri, però, la fusione darà il via a processi che alla fine fermeranno la formazione stellare, condannando le galassie ad appassire prematuramente.

Solo una piccola percentuale delle galassie nell'universo vicino si sta fondendo, ma le fusioni di galassie erano più comuni tra 6 miliardi e 10 miliardi di anni fa, e questi processi hanno profondamente modellato il nostro moderno paesaggio galattico. Da più di 10 anni, scienziati che lavorano al sondaggio LIRG All-sky dei Grandi Osservatori, o OBIETTIVI, hanno usato le galassie vicine per studiare i dettagli delle fusioni di galassie e per usarle come laboratori locali per quel primo periodo della storia dell'universo. L'indagine si è concentrata su 200 oggetti vicini, comprese molte galassie in vari stadi di fusione. Le immagini sopra mostrano tre di questi obiettivi, ripreso da Spitzer.

In queste immagini, diversi colori corrispondono a diverse lunghezze d'onda della luce infrarossa, che non sono visibili all'occhio umano. Il blu corrisponde a 3,6 micron, e il verde corrisponde a 4,5 micron, entrambi fortemente emessi dalle stelle. Il rosso corrisponde a 8,0 micron, una lunghezza d'onda emessa principalmente dalla polvere.

Uno dei processi primari ritenuti responsabili di un'improvvisa interruzione della formazione stellare all'interno di una galassia fusa è un buco nero sovralimentato. Al centro della maggior parte delle galassie si trova un buco nero supermassiccio, una bestia potente da milioni a miliardi di volte più massiccia del Sole. Durante una fusione galattica, gas e polvere vengono spinti nel centro della galassia, dove aiutano a creare giovani stelle e alimentano anche il buco nero centrale.

Ma questa improvvisa esplosione di attività può creare un ambiente instabile. Le onde d'urto o i potenti venti prodotti dal buco nero in crescita possono spazzare via la galassia, espellendo grandi quantità di gas e interrompendo la formazione stellare. Deflussi sufficientemente potenti o ripetitivi possono ostacolare la capacità della galassia di creare nuove stelle.

Il rapporto tra fusioni, esplosioni di formazione stellare, e l'attività del buco nero è complessa, e gli scienziati stanno ancora lavorando per comprenderlo appieno. Una delle galassie appena fuse è oggetto di uno studio dettagliato con il W.M. Osservatorio Keck alle Hawaii, in cui gli scienziati di GOALS hanno cercato onde d'urto galattiche guidate dal nucleo galattico attivo centrale, un oggetto estremamente luminoso alimentato da un buco nero supermassiccio che si nutre di materiale che lo circonda. La mancanza di firme di shock suggerisce che il ruolo dei nuclei galattici attivi nel plasmare la crescita delle galassie durante una fusione potrebbe non essere semplice.

Le galassie che si fondono nell'universo vicino appaiono particolarmente luminose agli osservatori all'infrarosso come Spitzer. Gli studi GOALS si sono basati anche sulle osservazioni delle galassie bersaglio da parte di altri osservatori spaziali, compresi i telescopi spaziali Hubble e Chandra della NASA, il satellite Herschel dell'Agenzia spaziale europea, nonché strutture a terra, compreso l'Osservatorio Keck, il Very Large Array della National Science Foundation e l'Atacama Large Millimeter Array.