Ngc 1232, una grande galassia a spirale, qui in un’immagine ottenuta con il Vlt. Crediti: Eso
La differenza sta nel cosiddetto momento angolare per unità di massa che, in fisica, misura il raggio e la velocità della rotazione. Le galassie a spirale sono caratterizzate da una rotazione elevata, con un momento angolare più alto di un fattore 5 di quello delle ellittiche. Qual è la ragione di questa diversità? È questo il tema investigato da un nuovo studio appena pubblicato su Astrophysical Journal da un team di ricerca guidato dalla studentessa di Phd della Sissa JingJing Shi sotto la supervisione di Andrea Lapi e Luigi Danese, in collaborazione con Huiyuan Wang della University of Science and Technology di Hefei, Cina, e Claudia Mancuso dell’Inaf Ira di Bologna. I ricercatori si sono concentrati sull’osservazione della quantità di gas precipitato nella regione centrale della galassia in formazione, quella in cui si forma la maggior parte delle stelle. I risultati emersi evidenziano che nelle galassie ellittiche solo il 40 per cento circa del gas disponibile raggiunge quest’area. Quel che è più importante, però, è che lo stesso gas sin dall’inizio si caratterizza per un momento angolare piuttosto basso. Tutto ciò è in stringente contrasto con le condizioni riscontrate nelle galassie a spirale, dove la maggior parte del gas da cui si formano le stelle ha un momento angolare significativamente più alto.
Nello studio, gli scienziati hanno fatto risalire questa singolare differenza alle diversità nei processi che portano alla loro formazione. Nelle ellittiche, la maggior parte delle stelle si produce in un collasso rapido, in cui il momento angolare viene dissipato. Questo processo è poi probabilmente bloccato da una potente fuga di gas causato dall’esplosione di supernove, venti stellari e, persino, dall’emissione del buco nero supermassiccio in accrescimento che si trova al centro delle galassie. Per le spirali, d’altro canto, il gas fluisce verso la regione centrale della galassia lentamente, conservando così il momento angolare, mentre le stelle si formano costantemente in una scala di tempo comparabile a quella dell’universo. Spiegano i ricercatori: «Fino a poco tempo fa, nel paradigma della nascita ed evoluzione delle galassie, si pensava che quelle ellittiche si formassero da processi di unione di galassie a spirale nel lontano Universo. In questo senso, era opinione comune che il loro momento angolare fosse il risultato di processi di dissipazione avvenuti durante questi eventi». In anni recenti, questo paradigma è stato però messo in discussione da osservazioni nel lontano infrarosso e submillimetrico permesse grazie all’avvento di osservatori spaziali come Herschel e interferometri come l’Atacama Large Millimeter Array (Alma).
Questi esperimenti hanno il potere di penetrare all’interno della polvere interstellare e così rivelare i processi di formazione delle galassie in luoghi lontanissimi del cosmo, osservando quelle che allora erano le progenitrici delle attuali ellittiche. «Ciò che è emerso da questi studi è che la popolazione di stelle presenti si forma principalmente da un rapido collasso nella regione centrale di galassie in formazione piene di polvere. Dopo un tempo inferiore al miliardo di anni circa, che in termini cosmologici possiamo considerare piuttosto breve, questo processo viene spento da una potente espulsione del gas». A dispetto di questo cambio di prospettiva, però, l’origine del basso momento angolare nelle galassie ellittiche rimaneva poco chiaro.
«Lo studio appena pubblicato mette insieme questa evidenza con il nuovo paradigma emerso dalle osservazioni fatte con Herschel e Alma sulle progenitrici delle galassie», concludono gli scienziati. «Con questa ricerca, abbiamo dimostrato che il basso momento angolare riscontrato nelle galassie ellittiche è originato principalmente dalle caratteristiche presenti nella loro regione centrale durante le prime fasi della loro formazione e che non si origina invece da eventi di fusione, come previsto dalle precedenti teorie».
Per saperne di più:
- Leggi l’articolo “Angular Momentum of Early and Late Type Galaxies: Nature or Nurture?“, di Jingjing Shi, Andrea Lapi, Claudia Mancuso, Huiyuan Wang, Luigi Danese