In due studi separati che utilizzano il prossimo telescopio spaziale James Webb della NASA, un team di astronomi osserverà le galassie nane compagne della Via Lattea e della vicina galassia di Andromeda. Lo studio di questi piccoli compagni aiuterà gli scienziati a conoscere la formazione delle galassie e le proprietà della materia oscura, una misteriosa sostanza che si pensa rappresenti circa l'85% della materia nell'universo.

Nel primo studio, il team acquisirà conoscenza della materia oscura misurando i movimenti delle stelle in due nane compagne della Via Lattea. Nel secondo studio, esamineranno i movimenti di quattro galassie nane attorno al nostro vicino grande galattico più prossimo, la galassia di Andromeda. Questo aiuterà a determinare se alcune delle galassie satellite di Andromeda orbitano all'interno di un piano piatto, come i pianeti intorno al nostro Sole. Se lo fanno, ciò avrebbe importanti implicazioni per la comprensione della formazione delle galassie. Il ricercatore principale per entrambi i programmi è Roeland van der Marel dello Space Telescope Science Institute (STScI) di Baltimora, Maryland.

Osservazione dei movimenti stellari nelle compagne della galassia nana della Via Lattea

Le galassie più vicine alla nostra Via Lattea sono le sue compagne galassie nane, che sono molto più piccoli della Via Lattea. Van der Marel e il suo team hanno in programma di studiare i moti delle stelle in due di queste galassie nane, Draco e scultore. Le orbite delle stelle sono governate dalla gravità derivante dalla materia oscura in ogni galassia. Studiando come si muovono le stelle, i ricercatori saranno in grado di determinare come è distribuita la materia oscura in queste galassie.

"Il modo in cui si formano le strutture nell'universo dipende dalle proprietà della materia oscura che comprende la maggior parte della massa nell'universo, " ha spiegato van der Marel. "Quindi sappiamo che c'è la materia oscura, ma non sappiamo cosa costituisca effettivamente questa materia oscura. Sappiamo solo che c'è qualcosa nell'universo che ha gravità e attira le cose, ma non sappiamo davvero cosa sia."

Il team studierà la distribuzione della materia oscura nei centri delle galassie nane per determinare le proprietà di temperatura di questo misterioso fenomeno. Se la materia oscura è "fredda, " la sua densità sarà molto alta vicino ai centri delle galassie. Se la materia oscura è "calda, "sarà più omogeneo in tutta l'area in avvicinamento ai centri galattici.

Allo stesso tempo, la Near Infrared Camera (NIRCam) di Webb sta studiando i centri di Draco e Sculptor, un altro strumento, il Near Infrared Imager e lo spettrografo senza fessura (NIRISS), esplorerà la periferia delle galassie nane. "Queste osservazioni simultanee forniranno alcune informazioni su come le stelle si muovono in modo diverso vicino al centro e alla periferia delle galassie nane, " ha affermato il co-investigatore Tony Sohn di STScI. "Permetteranno anche due misure indipendenti della stessa galassia, per verificare eventuali effetti sistematici o strumentali."

Poiché Webb ha circa sei volte l'area di raccolta della luce del telescopio spaziale Hubble della NASA, il team può misurare i movimenti delle stelle molto più deboli di quanto Hubble possa vedere. Più stelle sono incluse in uno studio, più accuratamente il team può modellare la materia oscura che influenza i loro movimenti.

Studiare il moto della galassia nana Compagni di Andromeda

La grande galassia vicina più vicina alla nostra Via Lattea, Andromeda ha numerosi compagni di galassie nane, proprio come fa la Via Lattea. Van der Marel e il suo team hanno in programma di studiare come quattro di quelle galassie nane si muovono intorno ad Andromeda, per determinare se sono raggruppati all'interno di un piano piatto nello spazio, o se si stanno muovendo intorno ad Andromeda in tutte le direzioni.

A differenza del primo programma di osservazione, il team non sta cercando di misurare come si muovono le stelle all'interno delle galassie nane. In questo studio, stanno cercando di determinare come le galassie nane nel loro insieme si muovono intorno ad Andromeda. Ciò fornirà approfondimenti sul processo per cui le grandi galassie si formano per accrescimento e accumulo di galassie più piccole, e come funziona esattamente.

Nella maggior parte dei modelli, Non ci si aspetta che le galassie nane che circondano le galassie più grandi si trovino su un piano. Tipicamente, gli scienziati si aspetterebbero che le galassie nane volino intorno a galassie più grandi in modi casuali. Lentamente, questi compagni nani perderebbero energia e si concreterebbero nella galassia più grande, che diventerebbe ancora più grande.

Però, sia per la Via Lattea che per Andromeda, diversi studi hanno suggerito che almeno una parte delle galassie nane giacciono su un piano, e potrebbe anche ruotare su quel piano. Uno dei modi per determinare se è vero è misurare i loro movimenti tridimensionali. Se i movimenti sono effettivamente nel piano, ciò suggerirebbe che le galassie nane rimarranno su un piano. Ma se le nane compagne sembrano essere su un piano ma i loro movimenti sono in tutte le direzioni, ciò indicherebbe un allineamento casuale e non una struttura di lunga durata.

Se le galassie nane si allineano su un piano, che può significare una delle tante cose. Potrebbe essere che una buona parte dei compagni nani sia caduta in orbita attorno ad Andromeda come un unico gruppo. Se così fosse, i nani avrebbero conservato la "memoria" di essere caduti tutti insieme, e mostrerebbero proprietà dinamiche simili in questo momento.

Un'altra possibilità è che le galassie nane di Andromeda si siano formate come le cosiddette "galassie nane di marea". Queste raccolte gravitazionali di gas e stelle si formano durante fusioni o interazioni tra grandi galassie a spirale. Sono massicci come le galassie nane ma non sono dominati dalla materia oscura, come gli scienziati credono che la maggior parte delle galassie nane intorno a noi siano. È possibile che una fusione di due grandi galassie con molto gas possa formare delle galassie nane che finiscono in un'unica struttura planare, ma sarebbe insolito, perché gli scienziati non pensano che le galassie nane di marea siano il tipo predominante di galassia nana nell'universo. È noto che le galassie nane si formano all'interno di nuvole di materia oscura chiamate aloni.

Entrambi i casi potrebbero significare che la formazione delle galassie potrebbe essere più complicata di quanto a volte i ricercatori pensino. Entrambi fornirebbe ulteriori vincoli agli scienziati che sviluppano modelli teorici della formazione delle galassie.

L'estrema accuratezza e precisione di Webb

In entrambi i programmi, il team spingerà Webb ai suoi limiti in termini di accuratezza e precisione. "È una situazione molto delicata, perché fondamentalmente ciò che vogliamo misurare sono movimenti molto piccoli, " ha spiegato il co-investigatore Andrea Bellini di STScI. "La precisione che vogliamo ottenere è come misurare qualcosa che si muove di pochi centimetri all'anno sulla superficie della Luna, come si vede dalla Terra."

Entrambi gli studi sono programmi di osservazione del tempo garantito (GTO) assegnati al team del Webb Telescope Scientist, Montagna Matt. È anche presidente dell'Associazione delle Università per la Ricerca in Astronomia (AURA), con sede a Washington, D.C.

Il James Webb Space Telescope sarà il principale osservatorio di scienze spaziali al mondo quando verrà lanciato nel 2021. Webb risolverà i misteri nel nostro sistema solare, guarda oltre a mondi lontani intorno ad altre stelle, e sondare le misteriose strutture e origini del nostro universo e il nostro posto in esso. Webb è un programma internazionale guidato dalla NASA con i suoi partner, ESA (Agenzia Spaziale Europea) e Agenzia Spaziale Canadese.