Immagine a colori di una delle galassie compatte, osservate con il VST, a redshift z=0.26 (cui corrisponde una distanza di circa 3 miliardi di anni luce). Si coglie il dettaglio dell’interazione della galassia compatta con una piccola compagna vicina di colore blu che nell’interazione si sta dissolvendo in più pezzi. (Crediti: Nicola Napolitano / AstroWISE)
Sono galassie davvero particolari quelle studiate da un team internazionale di ricercatori e guidato da astronomi dell’INAF-Osservatorio Astronomico di Capodimonte, a Napoli. La definizione di “ultra-compatte” non lascia infatti dubbi sulla loro natura: queste galassie hanno massa superiore alla nostra Via Lattea ma una dimensione fino a un quinto più piccola, ossia densità di materia cento volte superiori a quella della nostra Galassia. Concentrati di stelle e gas che sono assai rari da incontrare nell’universo e difficili da osservare, specie se si trovano a grandi distanza da noi. I ricercatori di KiDS (Kilo Degree Survey), una survey astronomica avviata dall’European Southern Observatory (ESO) che ha l’obiettivo di scandagliare 1500 gradi quadrati del cielo con il telescopio VLT Survey Telescope (VST), sono riusciti nell’intento. Proprio VST, con il suo specchio principale di 2.6 metri di diametro e una camera a grande campo di un grado quadrato, una creazione INAF concepita presso l’INAF-Osservatorio Astronomico di Capodimonte e realizzata in collaborazione con l’INAF-Osservatorio Astronomico di Padova, è stato lo strumento ideale per individuare e caratterizzare milioni di galassie fino a distanze di alcuni miliardi di anni luce e studiare la distribuzione della materia oscura nell’universo tramite il weak gravitational lensing. Con questo nome viene identificato il fenomeno di flebile distorsione delle immagini di sorgenti lontane, la cui luce viene deflessa dalla distribuzione di massa di galassie e ammassi di galassie più vicine a noi, che deforma lo spazio-tempo secondo le previsioni della Relatività Generale. Le misure statistiche di queste distorsioni sono possibili solo grazie alla elevata qualità delle ottiche del VST in combinazione con le perfette condizioni osservative del Cerro Paranal, dove il VST è stato istallato accanto al “gigante” VLT (il Very Large Telescope).
«Con immagini di questa qualità possiamo fare anche più del weak lensing e pensare ad altre applicazioni che fino ad ora erano a quasi esclusivo appannaggio del telescopio spaziale HST, come la misura delle dimensioni delle galassie fino a epoche corrispondenti a circa la metà dell’età dell’universo», racconta Crescenzo Tortora, post-doc AstroFit presso l’INAF-Osservatorio Astronomico di Capodimonte e primo autore di un articolo pubblicato sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, «Questo ci ha permesso di studiare una classe molto peculiare di galassie, molto massicce, con massa maggiore di quella della Via Lattea che è di circa 100 miliardi di masse solari, ed estremamente compatte, circa 5 volte più piccole della nostra Galassia. Questi oggetti sono peraltro estremamente rari, in media ne individuiamo uno ogni circa 100 mila galassie osservate, quindi la loro ricerca è estremamente difficile».
Confronto tra una galassia ulta-compatta (in alto) e una normale (in basso) localizzate alla stessa distanza da noi (ossia a redshift circa 0.3 corrispondente a circa 3 miliardi di anni luce). La scala di colori evidenzia la densità di luce decrescente dal rosso al blu, nel filtro r (centrato nella lunghezza d’onda a ~6500 angstrom). A sinistra: il modello bidimensionale della distribuzione di luce osservata nelle galassie; al centro: l’immagine in falsi colori delle galassie; a destra: l’immagine dei residui ottenuta sottraendo il modello all’immagine reale e che evidenzia l’ottima qualità del modello (per la presenza di residui quasi nulli). Si apprezzano chiaramente le differenti dimensioni angolari evidenziate dai contorni (linee nere) di uguale brillanza delle galassie
«Per studiare oggetti così compatti e determinarne la forma e le dimensioni abbiamo dovuto tenere conto accuratamente dell’effetto di ‘sfocamento’ prodotto dall’atmosfera sulle immagini di queste galassie. I risultati sono stati eccellenti, per cui pensiamo di continuare a studiare con il VST questi sistemi molto interessanti. Essi, infatti, sono probabilmente galassie primordiali che si sono evolute quasi indisturbate sin dalla loro formazione, avvenuta circa un miliardo di anni dopo il Big Bang, senza subire fenomeni di fusione o interazione con altre galassie, come si pensa accada alla maggior parte delle galassie nell’Universo», spiega Francesco La Barbera dell’INAF-Osservatorio Astronomico di Capodimonte, co-autore dell’articolo su MNRAS.
Mario Radovich, responsabile del team KiDS dell’INAF-Osservatorio Astronomico di Padova e membro del board della campagna osservativa, aggiunge: «Un elemento di mistero legato a questi sistemi è che diventano ancora più rari nell’Universo vicino a noi, per cui stiamo aspettando di aumentare l’area d’investigazione per capire se c’è un certo numero di queste galassie che ci sfuggono oppure effettivamente queste galassie sono sparite, forse perché distrutte di recente o coinvolte in fenomeni di fusione».
Nel progetto KiDS, di cui fanno parte gruppi di ricerca olandesi, tedeschi e inglesi, c’è una larga partecipazione di ricercatori INAF di Napoli e di Padova che sono responsabili, oltre che dei progetti scientifici, anche della validazione dei dati, della produzione dei cataloghi di sorgenti nelle immagini di KIDS e dei redshift fotometrici, in collaborazione col Dipartimento di Fisica dell’Università di Napoli “Federico II”.
Nei prossimi mesi ci sarà una nuova distribuzione di dati ai gruppi scientifici di KiDS, che copriranno circa un terzo dei 1500 gradi quadrati che devono essere osservati per il completamento della survey, nei prossimi anni. Con questo nuovo set di dati i ricercatori del team italiano di KiDS si aspettano di ampliare il campione di galassie e continuare il censimento di galassie ultra-compatte. Il passo successivo sarà quello di studiarne la distribuzione interna di massa per verificare se anche i loro aloni di materia oscura sono altrettanto compatti, con implicazioni teoriche che non possiamo ancora immaginare.
Per saperne di più:
- leggi sulla rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society l’articolo “Towards a census of super-compact massive galaxies in the Kilo Degree Survey” di C. Tortora, F. La Barbera, N.R. Napolitano, N. Roy, M. Radovich, S. Cavuoti, M. Brescia, G. Longo, F. Getman, M. Capaccioli, L. Grado, K.H. Kuijken, J. T. A. de Jong, J. P. McFarland ed E. Puddu