La riga superiore di questo mosaico presenta immagini di Hubble di tre galassie a spirale, ognuna delle quali ha una massa varie volte quella della Via Lattea. La riga in basso mostra tre galassie a spirale ancora più massicce che si qualificano come “super spirali”, osservate dalla Sloan Digital Sky Survey, la cui massa in genere va da 10 a 20 volte la massa della Via Lattea. La galassia in basso a destra, 2mfgc 08638, è la super spirale più massiccia finora conosciuta, con un alone di materia oscura che pesa almeno 40 bilioni di soli. Crediti: Nasa, Esa, P. Ogle and J. DePasquale (Stsci), Sdss
Quanto è veloce una galassia veloce? La Via Lattea, considerata una galassia a spirale media, in prossimità del quartiere dove risiede il Sole ruota a una velocità di circa 210 km al secondo. Non è poco, ma ci sono galassie ancora più veloci.
Una nuova ricerca ha scoperto che le galassie a spirale più massicce ruotano più velocemente del previsto. Queste super spirali, la più grande delle quali ha una massa circa 20 volte quella della Via Lattea, ruotano a velocità fino a 570 km al secondo.
Le super spirali sono eccezionali da tanti punti di vista. Oltre ad essere molto più massicce della Via Lattea, sono anche più luminose e di dimensioni fisiche maggiori. Quella più grande ha un diametro di 450mila anni luce, rispetto ai 100mila anni luce della Via Lattea. Ad oggi sono note solo un centinaio di super spirali, che di fatto costituiscono una nuova classe di galassie, scoperte dagli astronomi mentre studiavano i dati della Sloan Digital Sky Survey (Sdss) e del Nasa/Ipac Extragalactic Database (Ned).
«Le super spirali sono galassie estreme sotto molti aspetti», afferma Patrick Ogle dello Space Telescope Science Institute di Baltimora. «Infrangono i record di velocità di rotazione».
Ogle è il primo autore di un articolo pubblicato recentemente su Astrophysical Journal Letters, che presenta nuovi dati sulle velocità di rotazione delle super spirali, raccolti con il Southern African Large Telescope (Salt), il più grande telescopio ottico (singolo) nell’emisfero meridionale. Ulteriori dati sono stati ottenuti utilizzando il telescopio Hale di 5 metri dell’Osservatorio Palomar, gestito dal California Institute of Technology. I dati della missione Wise (Wide-field Infrared Survey Explorer) della Nasa sono stati cruciali per misurare le masse delle galassie, in termini di stelle, e i tassi di formazione stellare.
Il telescopio Salt in Sudafrica. Crediti: Wynand Basson Images
«Questo lavoro illustra magnificamente la potente sinergia tra osservazioni ottiche e infrarosse delle galassie, rivelando i moti stellari con la spettroscopia Sdss e Salt e altre proprietà stellari, in particolare la massa stellare delle galassie ospiti, attraverso l’imaging nel medio infrarosso di Wise» ha affermato Tom Jarrett, dell’Università di Cape Town, in Sudafrica.
La teoria suggerisce che le super spirali ruotano rapidamente perché si trovano all’interno di nubi – o aloni – di materia oscura, incredibilmente grandi. È da decenni che si sa che esiste una correlazione tra la materia oscura e la rotazione delle galassie. L’astronoma Vera Rubin, scomparsa nel 2016, è stata una pioniera nel lavoro sulle velocità di rotazione delle galassie, dimostrando che le galassie a spirale ruotano più velocemente di quanto farebbero se la loro gravità fosse dovuta esclusivamente alle stelle e al gas di cui sono fatte. Data la massa di una galassia a spirale (in termini di stelle), è possibile sapere la sua velocità di rotazione. Il team di Ogle ha scoperto che la velocità di rotazione delle super spirali supera significativamente la velocità di rotazione prevista.
In questo studio si è visto che le super spirali risiedono in aloni di materia oscura più grandi della media. L’alone più massiccio misurato da Ogle contiene abbastanza materia oscura da essere almeno 40 miliardi di volte il nostro Sole. Normalmente, una tale quantità di materia oscura contiene un gruppo di galassie, non una galassia sola. «Sembra che la rotazione di una galassia sia determinata dalla massa del suo alone di materia oscura», spiega Ogle.
Il fatto che le super spirali non soddisfino la relazione conosciuta tra la massa della galassia in contenuto stellare e la velocità di rotazione, rappresenta una nuova prova contro una teoria della gravità alternativa nota come Modified Newtonian Dynamics (Mond), la quale propone che sulle scale più grandi (come quelle di galassie e ammassi di galassie), la gravità sia leggermente più forte di quanto previsto da Newton o Einstein. Questa teoria implicherebbe, ad esempio, che le regioni esterne di una galassia a spirale ruotino più velocemente di quanto previsto in base alla massa delle sole stelle. La Mond è stata pensata per riprodurre la relazione standard delle velocità di rotazione delle spirali, quindi non è in grado di spiegare i valori anomali delle super spirali. Le osservazioni delle super spirali suggeriscono che non è richiesta alcuna dinamica non newtoniana.
Nonostante siano le galassie a spirale più massicce dell’universo, le super spirali sono in realtà sottopeso in termini di contenuto stellare, rispetto a quanto ci si aspetterebbe dalla quantità di materia oscura che contengono. Ciò suggerisce che l’enorme quantità di materia oscura inibisca la formazione stellare. Ci sono due possibili cause: qualsiasi gas aggiuntivo attirato nella galassia collide e si riscalda, impedendo il suo raffreddamento e la formazione di stelle, oppure la rapida rotazione della galassia rende più difficile il collasso delle nubi di gas, influenzate dalla forza centrifuga.
Tuttavia, le super spirali sono ancora in grado di formare stelle. Sebbene le più grandi galassie ellittiche abbiano formato tutte o la maggior parte delle loro stelle più di 10 miliardi di anni fa, le super spirali stanno ancora oggi formando nuove stelle. Ogni anno, convertono circa 30 volte la massa del Sole in stelle, che è normale per una galassia di quelle dimensioni. Come termine di paragone, la nostra Via Lattea forma circa una massa solare di stelle all’anno.
Ogle e il suo team hanno proposto ulteriori osservazioni per cercare di rispondere alle domande chiave sulle super spirali, comprese osservazioni progettate per studiare meglio il movimento di gas e stelle all’interno dei loro dischi. Dopo il suo lancio nel 2021, il James Webb Space Telescope della Nasa potrà dedicarsi alle super spirali a grandi distanze, e di conseguenza più giovani, per imparare come si evolvono nel tempo. In contemporanea, la missione Wfirst della Nasa potrà aiutare a individuare nuove super spirali, estremamente rare, grazie al suo ampio campo visivo.
Per saperne di più:
- Leggi su Astrophysical Journal Letters l’articolo “A Break in Spiral Galaxy Scaling Relations at the Upper Limit of Galaxy Mass” di Patrick M. Ogle, Thomas Jarrett, Lauranne Lanz, Michelle Cluver, Katherine Alatalo, Philip N. Appleton, and Joseph M. Mazzarella