Galassia a spirale NGC 5468, 130 milioni di anni luce di distanza. Credito:ESA/Hubble e NASA, A. Riess et al.
Utilizzando i dati del rilevamento CALIFA Integral Field Spectroscopy (IFS) e gli strumenti di modellazione avanzati, ricercatori dell'Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA) hanno ottenuto importanti risultati sulla componente sferica centrale (il rigonfiamento) in galassie a spirale come la Via Lattea, gettando nuova luce sulla comprensione dell'evoluzione galattica. I risultati sono pubblicati nell'ultimo numero di Astronomia e astrofisica .
Ci sono voluti diversi anni e molta potenza di calcolo per analizzare circa mezzo milione di spettri da un campione che copre tutti i tipi morfologici di galassie a spirale non interagenti. Il team ha effettuato le prime misurazioni della variazione di età delle stelle nel rigonfiamento, dal centro alla periferia, e determinato come questa differenza di età si riferisce ad altre proprietà della galassia, come l'esistenza di nuclei galattici attivi (AGN) e la massa totale delle stelle nella galassia.
Lo studio ha rivelato che la popolazione stellare al centro delle galassie a spirale più massicce è più antica delle stelle ai margini del rigonfiamento, mentre nelle galassie di piccola massa, accade il contrario:le stelle più giovani popolano il centro del rigonfiamento, e i più anziani sono in periferia. Questo risultato è in accordo con un precedente studio del team, che aveva già trovato una forte evidenza per uno scenario unificato per la formazione di galassie a spirale. Contrariamente alle ipotesi precedenti, le galassie a spirale di piccola e grande massa appaiono nello stesso modo, sebbene le galassie di massa elevata passino gli stessi stadi di formazione prima e più velocemente delle loro controparti di massa inferiore.
Queste misurazioni possono essere utilizzate per stimare l'impatto di un AGN sull'evoluzione del rigonfiamento (e quindi galattica). Il fatto che la massa di un rigonfiamento sia strettamente connessa a quella del buco nero supermassiccio che alimenta l'AGN indica un intimo legame fisico tra la crescita delle galassie e i loro buchi neri supermassicci. Comprendere la formazione e l'evoluzione del rigonfiamento è quindi indispensabile per la comprensione di come sono nati i buchi neri supermassicci nell'era della reionizzazione, e come hanno influenzato l'evoluzione delle galassie.
La ricercatrice IA Iris Breda, l'autore principale del saggio, ha sviluppato la maggior parte di questo lavoro durante il suo dottorato di ricerca appena concluso. presso IA e la Facoltà di Scienze dell'Università di Porto. Lei dice, "Ci sono molte lezioni importanti che si possono trarre dal nostro studio, il più rilevante è che i rigonfiamenti che sono ospitati da massicce galassie a spirale non possono essersi formati in un episodio di formazione stellare rapido e violento come si pensa comunemente. Al contrario, questi risultati supportano uno scenario in cui questi rigonfiamenti si formano gradualmente entro 2-4 miliardi di anni. Insieme ai nostri risultati precedenti, il nostro recente studio supporta l'ipotesi che le galassie meno massicce, che ora stanno attivamente formando stelle proprio al centro dei loro rigonfiamenti, attualmente assomigliano a una versione ridotta delle galassie a spirale più massicce nelle loro prime fasi evolutive".
Rappresentazione artistica di una galassia attiva con getti. Credito:ESO, Cortesia:Aurore Simonnet, Sonoma State University
Investigatore FCT Polychronis Papaderos, capofila degli studi IA sulla storia dell'assemblaggio delle galassie risolte nello spazio e nel tempo, dice, "Un AGN evacua il rigonfiamento dal gas freddo, e quindi spegne la formazione stellare, prima nella sua parte centrale, e col passare del tempo, nella sua periferia. Questo fenomeno si traduce in una diminuzione dell'età media delle popolazioni stellari mentre ci spostiamo dal centro alla periferia del rigonfiamento. Approfittando di questo fatto, abbiamo inventato un metodo per stimare la velocità media per l'estinzione della formazione stellare inside-out guidata dall'AGN. La velocità relativamente bassa che deduciamo (1-2 km/s) implica che l'aumento dell'attività AGN non porta a un episodio catastrofico di improvvisa rimozione di gas e una brusca cessazione della formazione stellare in tutto il rigonfiamento".
La partecipazione del team di IA a indagini radio come la Mappa Evolutiva dell'Universo (EMU) offre le condizioni ideali per uno studio senza precedenti dell'interazione degli AGN con il gas ambientale nei nuclei galattici attraverso l'interferometria radio profonda. Ciò consente loro di cercare radiogetti su piccola scala nei rigonfiamenti, che ritengono non sia stato rilevato nelle precedenti osservazioni di interferometria radio a bassa risoluzione.
Lo studio dell'attività dell'AGN dall'era della reionizzazione e il suo impatto sull'evoluzione galattica costituisce uno dei principali assi di ricerca di IA.
Il coordinatore IA José Afonso della Facoltà di Scienze dell'Università di Lisbona afferma:"I dettagli più fini della formazione e dell'evoluzione delle galassie vengono finalmente esplorati, allineando osservazioni senza precedenti con strumenti e modelli computazionali rivoluzionari. Queste tecniche passeranno presto al livello successivo, poiché installeremo un nuovo, potente spettrografo, LUNE, al Very Large Telescope dell'ESO. Avremo quindi accesso a osservazioni dettagliate di milioni di galassie durante il periodo di massimo splendore dell'evoluzione galattica nell'universo, quando l'universo aveva meno della metà della sua età attuale. I ricercatori dell'IA saranno presenti, esplorando queste nuove osservazioni e aiutando a comprendere meglio la storia dell'assemblaggio delle galassie".
