Come suggerisce il nome, galassie ultradiffuse, o UDG, sono galassie nane le cui stelle sono sparse su una vasta regione, con conseguente luminosità superficiale estremamente bassa, rendendoli molto difficili da rilevare. Diverse domande sugli UDG rimangono senza risposta:come hanno fatto questi nani ad essere così estesi? I loro aloni di materia oscura, gli aloni di materia invisibile che circondano le galassie, sono speciali?

Ora un team internazionale di astronomi, co-diretto da Laura Sales, un astronomo dell'Università della California, lungo il fiume, rapporti in Astronomia della natura che ha utilizzato simulazioni sofisticate per rilevare alcuni UDG "spegniti" in ambienti a bassa densità nell'universo. Una galassia spenta è quella che non forma stelle.

"Ciò che abbiamo rilevato è in contrasto con le teorie sulla formazione delle galassie poiché le nane spente devono trovarsi in ammassi o ambienti di gruppo per rimuovere il loro gas e smettere di formare stelle, " ha detto Vendite, professore associato di fisica e astronomia. "Ma gli UDG spenti che abbiamo rilevato sono isolati. Siamo stati in grado di identificare alcuni di questi UDG spenti sul campo e tracciare la loro evoluzione indietro nel tempo per mostrare che hanno avuto origine in orbite di backsplash".

Qui, "sul campo" si riferisce a galassie isolate in ambienti più silenziosi e non in un ambiente di gruppo o ammasso. Le vendite hanno spiegato che una galassia backsplash è un oggetto che oggi sembra una galassia isolata, ma in passato era un satellite di un sistema più massiccio, simile a una cometa, che visita periodicamente il nostro sole, ma trascorre la maggior parte del suo viaggio in isolamento, lontano dalla maggior parte del sistema solare.

"Le galassie isolate e le galassie satellite hanno proprietà diverse perché la fisica della loro evoluzione è abbastanza diversa, " ha detto. "Queste galassie backsplash sono intriganti perché condividono proprietà con la popolazione di satelliti nel sistema a cui un tempo appartenevano, ma oggi si osserva che sono isolati dal sistema."

Le galassie nane sono piccole galassie che contengono da 100 milioni a qualche miliardo di stelle. In contrasto, la Via Lattea ha da 200 a 400 miliardi di stelle. Mentre tutti gli UDG sono galassie nane, tutte le galassie nane non sono UDG. Per esempio, a luminosità simile, le nane mostrano una gamma molto ampia di dimensioni, da compatto a diffuso. Gli UDG sono la coda della maggior parte degli oggetti estesi a una data luminosità. Un UDG ha il contenuto stellare di una galassia nana, 10-100 volte più piccolo della Via Lattea. Ma le sue dimensioni sono paragonabili alla Via Lattea, conferendogli la luminosità superficiale estremamente bassa che lo rende speciale.

Sales ha spiegato che l'alone di materia oscura di una galassia nana ha una massa almeno 10 volte più piccola della Via Lattea, e le dimensioni si ridimensionano allo stesso modo. UDG, però, infrangono questa regola e mostrano un'estensione radiale paragonabile a quella di galassie molto più grandi.

"Una delle teorie popolari per spiegare questo era che gli UDG sono 'Vie Lattee fallite, ' nel senso che erano destinate ad essere galassie come la nostra Via Lattea, ma in qualche modo non sono riuscite a formare stelle, " ha detto José A. Benavides, uno studente laureato presso l'Istituto di Astronomia Teorica e Sperimentale in Argentina e il primo autore del documento di ricerca. "Ora sappiamo che questo scenario non può spiegare tutti gli UDG. Quindi stanno emergendo modelli teorici in cui più di un meccanismo di formazione può essere in grado di formare questi oggetti ultradiffusi".

Secondo Vendite, il valore del nuovo lavoro è duplice. Primo, la simulazione utilizzata dai ricercatori, chiamato TNG50, previsto con successo UDG con caratteristiche simili agli UDG osservati. Secondo, i ricercatori hanno trovato alcuni rari UDG spenti per i quali non hanno alcun meccanismo di formazione.

"Utilizzare TNG50 come una 'macchina del tempo' per vedere come gli UDG sono arrivati ​​dove sono, abbiamo scoperto che questi oggetti erano satelliti diversi miliardi di anni prima, ma sono stati espulsi in un'orbita molto ellittica e oggi sembrano isolati, " lei disse.

I ricercatori riferiscono anche che secondo le loro simulazioni, gli UDG spenti possono comunemente costituire il 25% di una popolazione ultradiffusa di galassie. Nelle osservazioni, però, questa percentuale è molto più piccola.

"Ciò significa che molte galassie nane in agguato nell'oscurità potrebbero non essere state rilevate dai nostri telescopi, " Sales ha detto. "Speriamo che i nostri risultati ispirino nuove strategie per il rilevamento dell'universo a bassa luminosità, che consentirebbe un censimento completo di questa popolazione di galassie nane".

Lo studio è il primo a risolvere la miriade di ambienti, dalle nane isolate alle nane in gruppi e cluster, necessari per rilevare UDG, e con una risoluzione sufficientemente elevata per studiarne la morfologia e la struttura.

Prossimo, il team di ricerca continuerà lo studio degli UDG nelle simulazioni TNG50 per capire meglio perché queste galassie sono così estese rispetto ad altre galassie nane con lo stesso contenuto stellare. I ricercatori utilizzeranno il telescopio Keck alle Hawaii, uno dei telescopi più potenti al mondo, per misurare il contenuto di materia oscura degli UDG nell'ammasso della Vergine, l'ammasso di galassie più vicino alla Terra.

"Futuri telescopi, come il Large Synoptic Survey Telescope o il Roman Space Telescope, online nei prossimi 5-10 anni con la capacità di rilevare molti di più di questi intriganti UDG, " ha detto le vendite.

Il documento di ricerca è intitolato "Galassie ultra-diffuse quiescenti nel campo provenienti da orbite di backsplash".