Grazie ad una serie di osservazioni realizzate con la Hyper Suprime-Cam (HSC) installata presso il telescopio Subaru, situato a Mauna Kea, gli astronomi hanno osservato la vicina galassia a spirale M81, che si trova a quasi 12 milioni di anni luce nella costellazione dell’Orsa Maggiore, assieme alle altre due galassie brillanti M82 e NGC 3077. I risultati delle loro osservazioni hanno permesso di ottenere immagini profonde a grande campo delle galassie e delle rispettive popolazioni stellari. Come parte di uno studio di “archeologia galattica“, i ricercatori hanno trovato che la distribuzione spaziale delle stelle più giovani segue molto da vicino quella dell’idrogeno neutro. I risultati sono pubblicati su Astrophysical Journal Letters.
Nel pannello superiore, immagine ottenuta con la HSC in cui si vedono M81 (al centro), M82 (in alto) e NGC 3077 (in basso a sinistra). Nel pannello inferiore, è mostrato un ingrandimento di M81 (a sinistra), un ulteriore zoom che mostra il braccio a spirale di M81 (al centro) e una immagine composita usata per l’analisi dei dati (a destra). Credit: NAOJ/HSC Project
«Si tratta del primo tentativo che ha lo scopo di dimostrare la formazione gerarchica delle galassie oltre il Gruppo Locale di galassie», spiega Sakurako Okamoto dello Shanghai Astronomical Observatory e autore principale dello studio. Studi di archeologia cosmica come questo aiutano gli astronomi ad affinare le loro conoscenze sulla formazione ed evoluzione galattica. Gli attuali modelli sono basati sull’ipotesi della cosiddetta struttura gerarchica: in altre parole, le galassie si sviluppano a partire da piccole “sovradensità” di materia per diventare in seguito oggetti più grandi. Ad esempio, la Via Lattea e M81 si sono formate inizialmente a partire da una sovradensità locale della distribuzione primordiale della materia presente nel giovane Universo. Essa è evoluta nel corso del tempo attraverso l’assemblamento di numerosi “blocchi” di materia più piccoli, alcuni dei quali possono aver sopravvissuto a successivi processi di fusione per diventare alla fine quelle che sono le galassie nane satelliti che vediamo oggi. Stabilire, perciò, la presenza e l’origine di queste galassie satelliti e determinare la struttura su larga scala e il contenuto stellare degli aloni nelle galassie a spirale, è essenziale per comprendere e spiegare la fisica del processo gerarchico di formazione galattica.
Nel corso dell’ultima decade, gli astronomi che hanno condotto una serie di survey fotometriche a largo campo, attraverso le quali è possibile misurare l’intensità della luce degli oggetti celesti, hanno trovato un certo numero di nuove galassie satelliti, flussi stellari e sovradensità attorno alla Via Lattea e alla galassia di Andromeda. Gli scienziati studiano le proprietà fisiche delle stelle presenti in questi sistemi per ricostruire i contenuti stellari delle galassie durante le fasi primordiali: questo ramo della ricerca viene chiamato “archeologia galattica”. Per far questo, è necessario analizzare le singole stelle di una galassia osservandole lungo una buona frazione del suo raggio galattico. Finora, però, gli unici ambienti che sono stati esplorati abbastanza in profondità per iniziare una serie di test sui processi di formazione galattica su larga scala sono le parti più periferiche della nostra galassia e quelle di Andromeda.
I ricercatori hanno iniziato a studiare M81 grazie alla Hyper Suprime-Cam (HSC). Nota anche come galassia di Bode, M81 si trova a 11,7 milioni di anni luce ed è una delle galassie a spirale più massicce e più vicine simili alla Via Lattea. Il grande campo di vista della HSC ha permesso agli astronomi di esplorare un raggio di 0,5 milioni di anni luce a partire dal centro di M81. L’elevata sensibilità della camera ha permesso al team di osservare un elevato numero di stelle rosse giganti ma anche stelle di sequenza principale, supergiganti rosse e stelle del ramo asintotico delle giganti.
Stelle giovani di sequenza principali e del braccio delle giganti rosse distribuite attorno a M81, M82 e NGC3077. A sinistra, il giallo indica stelle più brillanti e blu stelle più deboli. A destra, i codici colore indicano la metallicità (giallo indica un contenuto maggiore e blu un contenuto minore). La linea continua mostra il raggio della galassia misurato in luce visibile. Credit: NAOJ
Il pannello a sinistra della figura 2 mostra la distribuzione spaziale delle stelle giovani di sequenza principale e delle stelle che si trovano nella fase di bruciamento dell’elio, che sono indicate da codici di colore secondo la loro luminosità (in banda i). Le stelle più brillanti sono localizzate principalmente nella parte più interna del disco di M81, mentre la maggior parte delle stelle giovani presenti in concentrazioni nelle regioni periferiche sono più deboli di i=24 mag e hanno una luminosità simile a quella che caratterizza la distribuzione di stelle che si osserva tra M81 e NGC 3077, la cui età è compresa tra 30-160 milioni di anni. Inoltre, i dati indicano che le età delle stelle che si trovano in queste strutture mareali sono sincronizzate l’una con l’altra e che questi sistemi stellari sono stati prodotti da recenti interazioni mareali tra M81, M82 e NGC 3077.
La distribuzione delle stelle del braccio delle giganti rosse che si osserva nel pannello a destra della figura 2 mostra che gli aloni stellari più estesi delle tre principali galassie si sovrappongono e che le regioni più periferiche di M82 e NGC 3077 sono estremamente perturbate. Questa è una indicazione di una recente interazione gravitazionale. Il colore di ciascun punto indica approssimativamente la metallicità. Le stelle del braccio delle giganti rosse presenti nell’alone più esterno di M82 hanno un colore decisamente blu, il che indica che sono più povere di metalli rispetto a quelle che si trovano in M81, negli aloni di NGC 3077 e nell’alone più interno di M82. Le galassie satelliti KDG 61, BK5N e IKN non si osservano nelle mappe delle stelle giovani ma appaiono come delle sovradensità di popolazioni stellari vecchie nel pannello a destra. Ciò implica che non sono il risultato di una recente interazione tra M81, M82 e NGC 3077.
«La nostra vista panoramica e profonda del gruppo di M81 dimostra che la ben nota complessità presente nell’idrogeno neutro è ugualmente compensata dalla componente stellare a bassa luminosità superficiale. Assieme allo studio dell’archeologia galattica basata sulla survey della HSC a largo campo che fa parte del programma strategico del telescopio Subaru, si spera di determinare meglio l’origine delle galassie satelliti e in generale la struttura su larga scala e il contenuto stellare degli aloni in delle galassie a spirale», conclude Okamoto.
arXiv: A Hyper Suprime-Cam View of the Interacting Galaxies of the M81 Group