Il sistema galattico M51. Credit: NASA, ESA, S. Beckwith (STScI), and The Hubble Heritage Team STScI/AURA
Grazie ad uno studio più approfondito del sistema galattico M51, condotto da un gruppo di ricercatori della Case Western University (CWRU) e pubblicato su Astrophysical Journal Letters, è stato possibile ottenere nuovi dettagli sulle proprietà fisiche delle strutture a spirale. L’immagine, ottenuta con una lunga posa, pari a 20 ore di esposizione, ha permesso di rivelare deboli pennacchi che si estendono da nord-est a sud nella galassia principale M51a. L’immagine fornisce, inoltre, nuovi dati relativi al pennacchio lineare a nord-ovest, che si estende per quasi 120 mila anni luce, e indica la mancanza di stelle in una porzione della coda a sud-est.
M51 è un oggetto del catalogo di Messier che comprende due galassie distinte, situate nella costellazione boreale dei Cani da Caccia a 31 milioni di anni luce da noi. La più grande e più famosa, NGC 5194 o M51a, meglio nota come Whirlpool Galaxy o Galassia Vortice, è una classica galassia a spirale, mentre la compagna più piccola, NGC 5195 o M51b, è parzialmente coperta da un braccio di polvere della galassia principale con la quale interagisce.
«Queste caratteristiche possono essere utilizzate per costruire dei modelli che permettano di studiare la storia evolutiva di M51, cioè quando la galassia principale e la sua compagna hanno iniziato ad interagire», spiega Aaron Watkins, studente di dottorato del Dipartimento di Astronomia presso la CWRU e autore principale dello studio. «Abbiamo analizzato alcuni modelli realizzati in precedenza da altri ricercatori e abbiamo notato che essi non permettono di descrivere le strutture del sistema, la sua età e altri parametri».
M51a è la prima galassia di cui è stata identificata la struttura a spirale nel 1845 ad opera di William Parsons. «Per quanto ne sappiamo, nessun astronomo professionista ha mai preso una immagine così profonda di questa galassia», continua Watkins. Per ottenere l’immagine finale, i ricercatori si sono serviti del telescopio Burrell Schmidt della CWRU situato presso l’Osservatorio Nazionale di Kitt Peak in Arizona, durante i mesi di febbraio, marzo e aprile, tra il 2010 e il 2012.
Le osservazioni sono state condotte durante le notti senza Luna esponendo ad intervalli di 20 minuti la fotocamera digitale del telescopio alla luce della galassia. Inoltre, 10 ore sono state impiegate per filtrare la luce in modo da rivelare le stelle più giovani, mentre altre 10 ore sono state utilizzate per rivelare le stelle. Alla fine, le due esposizioni sono state combinate per avere una immagine totale di 20 ore.
L’immagine del sistema galattico M51 analizzata dagli astronomi della CWRU dove sono evidenziati le strutture dei pennacchi che circondano le due galassie a spirale. Credit: A. Watkins
Il pennacchio a nord-ovest è già stato osservato negli anni ’70 ma la tecnologia dell’epoca non permise di ottenere i dettagli della sua struttura. Ora, gli scienziati hanno trovato che la galassia è dominata da stelle più vecchie, rosse e si notano diverse zone di piccola area dove il gas è assente. L’età delle stelle e la notevole dimensione del pennacchio suggeriscono che quest’ultimo sia stato creato probabilmente dall’interazione gravitazionale della parte più esterna del disco di M51 con un’altra galassia, almeno 200 milioni di anni fa. Il pennacchio a sud è decisamente strano. Intanto, non si notano delle similitudini morfologiche con le regioni che circondano M51 e, inoltre, non c’è gas, ci sono poche stelle e perciò meno massa e luce. Secondo gli autori, una possibilità è che il pennacchio a sud potrebbe essere ciò che rimane di una terza galassia satellite del sistema M51. «La luce totale del pennacchio a nord-est è circa la stessa di quella del pennacchio a sud. Potrebbe trattarsi di una sorta di estensione della parte nord della galassia ma è difficile dirlo», dice Watkins.
Nel 1990, altri ricercatori hanno scoperto la presenza di gas nella coda di sud-est, ipotizzando che sia stato attratto durante l’interazione gravitazionale con un’altra galassia. Tuttavia, questa più recente e profonda immagine del sistema galattico M51 non mostra la presenza di stelle. Ciò rappresenta un fatto insolito per una coda del genere ma allo stesso tempo fornisce un chiaro test per la costruzione dei futuri modelli che descrivono l’interazione tra galassie.
Gli astronomi stanno ora cercando altri modi per analizzare ancora più in dettaglio M51, per raccogliere più informazioni in particolare dai pennacchi più deboli. «Quello a nord, ad esempio, è talmente brillante che può essere considerato un buon candidato per eseguire una campagna di osservazioni con il telescopio spaziale Hubble», conclude Watkins.
The Astrophysical Journal: Aaron E. Watkins, J. Christopher Mihos, and Paul Harding – Deep Imaging of M51: a New View of the Whirlpool’s Extended Tidal Debris
arXiv: Deep Imaging of M51: a New View of the Whirlpool’s Extended Tidal Debris