Il VST apre una finestra sull’Universo “fantasma” e svela 47 galassie quasi invisibili

A cura di Roberto Zonca

Una caccia ai limiti della luce rivela quanto il cielo profondo abbia ancora da nascondere

LA NOTIZIA IN BREVE – Nel cielo profondo ci sono galassie che quasi riescono a sparire. Un team guidato dall’Istituto nazionale di astrofisica ne ha individuate 47 candidate nei dintorni di NGC 5068, NGC 5084 e NGC 5087 grazie alle osservazioni del VLT Survey Telescope in Cile. Appena quattro erano già note. La scoperta è stata possibile grazie alle capacità dell’uomo: in un’epoca dominata da algoritmi e machine learning, a riconoscere molte di queste debolissime macchie di luce sono stati anche gli occhi dei ricercatori. Le immagini profonde di VST-SMASH hanno permesso di spingersi dove il fondo del cielo tende a inghiottire tutto.

Queste piccole galassie potrebbero aiutare a capire meglio come si distribuisce la materia oscura, quanti satelliti restano ancora fuori dai cataloghi e se alcune strutture osservate attorno alle galassie maggiori siano davvero insolite. Per ora restano candidate: serviranno nuove misure spettroscopiche per confermarne distanza e appartenenza.

Se vuoi andare oltre alla sintesi della nostra notizia leggi qui di seguito l’approfondimento

L’APPROFONDIMENTO – Ci sono galassie che si impongono nelle immagini astronomiche con bracci a spirale, nubi di polvere e miliardi di stelle. Altre sembrano quasi voler scomparire nel buio cosmico. La loro luce è talmente debole e dispersa da confondersi con il fondo del cielo, tanto che perfino i software utilizzati per scandagliare grandi quantità di dati possono lasciarsele sfuggire. Per trovarne alcune, questa volta, sono serviti immagini eccezionalmente profonde, molta pazienza e soprattutto occhi umani.

Un gruppo internazionale guidato dall’Istituto nazionale di astrofisica ha individuato 47 candidate galassie nane nei dintorni di NGC 5068, NGC 5084 e NGC 5087. Soltanto quattro erano già presenti nei cataloghi. Le altre sono emerse dalle osservazioni del VLT Survey Telescope (VST), installato a Cerro Paranal, in Cile. Il risultato, pubblicato sulle pagine di Astronomy & Astrophysics, moltiplica di circa un ordine di grandezza il numero di nane conosciute in questa regione del cielo.

L’espressione galassie fantasma rende bene l’idea di ciò che gli astronomi si trovano davanti: sistemi piccoli, debolissimi, quasi confusi con il fondo del cielo. Per i cosmologi sono però oggetti preziosi. Studiarli può aiutare a ricostruire come nascono le galassie, come si distribuiscono attorno a quelle più grandi e fino a che punto i modelli attuali riescano a descrivere il comportamento della materia oscura sulle piccole scale cosmiche.

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La parte forse più sorprendente della scoperta riguarda il modo in cui queste galassie sono state trovate. Nell’epoca delle survey automatiche, del machine learning e dei cataloghi che contengono miliardi di sorgenti, a fare la differenza è stato ancora uno strumento vecchio quanto l’astronomia: l’occhio umano.

Tre ricercatori hanno esaminato indipendentemente le immagini, passando dalle singole bande alle composizioni a colori. Una galassia con una bassissima brillanza superficiale può ridursi, all’apparenza, a una macchia appena percepibile, senza bordi netti, magari confusa con la luce di una stella della Via Lattea o con qualche disturbo dell’immagine. Un algoritmo addestrato a cercare sorgenti più evidenti può tranquillamente ignorarla.

Prima di misurare la luce delle possibili galassie, gli astronomi hanno dovuto mascherare stelle brillanti, aloni e artefatti strumentali. Alla fine sono rimasti 47 oggetti, analizzati attraverso colore, forma e distribuzione della luminosità. Tutti mostrano caratteristiche compatibili con quelle delle galassie nane.

C’è però una parola che, per ora, resta indispensabile: candidate. Per sapere se appartengano davvero ai sistemi osservati bisognerà misurarne con maggiore precisione distanza e velocità attraverso osservazioni spettroscopiche.

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Un cielo osservato molto più in profondità del solito

A rendere possibile questa caccia è stata la survey VST-SMASH, VST Survey of Mass Assembly and Structural Hierarchy, nata per cercare ciò che normalmente rimane ai margini delle immagini astronomiche: galassie satelliti, flussi di stelle prodotti da antiche collisioni, strutture mareali e aloni debolissimi.

Il nuovo lavoro prende in esame circa 2,6 gradi quadrati di cielo, un’area equivalente grosso modo a una dozzina di lune piene. Le osservazioni nelle bande g e r raggiungono una brillanza superficiale vicina a 30 magnitudini per secondo d’arco quadrato. A quelle profondità il confine tra una struttura reale e il fondo del cielo diventa sottilissimo.

Dietro queste immagini c’è uno strumento italiano. Il VST possiede uno specchio principale da 2,6 metri e lavora con la camera grandangolare OmegaCAM, composta da 32 CCD e capace di riprendere circa un grado quadrato di cielo in una sola volta. Dal 2022 il telescopio è di proprietà e gestione INAF e opera nel complesso astronomico dell’ESO a Paranal.

Per ciascuna delle bande utilizzate sono state accumulate più di due ore di osservazione. È proprio questa profondità a permettere di recuperare le parti più deboli di una galassia, soprattutto le regioni periferiche, quelle che nelle immagini più superficiali finiscono lentamente per dissolversi nel cielo.

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Le tre grandi galassie che fanno da “fari”

Il campo osservato comprende tre sistemi molto diversi. NGC 5068 è una galassia a spirale distante circa 17 milioni di anni luce. Molto più lontane si trovano NGC 5084, una lenticolare a circa 80 milioni di anni luce, e NGC 5087, un’ellittica a circa 100 milioni di anni luce.

È nei loro dintorni che compaiono le nuove candidate. Alcune hanno un aspetto quasi uniforme, senza strutture interne evidenti, e ricordano le nane ellittiche o sferoidali. Altre mostrano irregolarità o configurazioni compatibili con piccole galassie a spirale. Le masse stimate coprono un intervallo enorme: da circa un milione a un miliardo di masse solari.

La difficoltà nel vederle dipende soprattutto da come distribuiscono la propria luce. Una galassia può contenere un numero considerevole di stelle e rimanere comunque quasi invisibile se quella luminosità è sparsa su una superficie molto ampia. Così interi sistemi possono restare fuori dai cataloghi anche nel nostro vicinato cosmico.

Le galassie che mancavano all’appello

Nel modello cosmologico standard, indicato con la sigla ΛCDM, le grandi strutture dell’Universo crescono in modo gerarchico. Piccoli aloni di materia oscura si formano, interagiscono e possono finire inglobati in sistemi più grandi. Attorno a una galassia delle dimensioni della Via Lattea ci si aspetta quindi una popolazione numerosa di satelliti.

Per anni, però, le osservazioni ne hanno mostrati molti meno rispetto a quanto suggerivano le prime simulazioni. Da qui nacque il cosiddetto “problema dei satelliti mancanti”.

Nel frattempo il quadro si è complicato. Le survey più profonde hanno scoperto numerose galassie nane sconosciute e le simulazioni moderne tengono conto di processi fisici capaci di limitare la formazione di stelle negli aloni più piccoli. L’idea di un deficit semplice e universale di galassie nane oggi appare quindi molto meno solida di quanto sembrasse in passato.

Il punto, però, resta concreto: per mettere alla prova una simulazione bisogna prima sapere quante galassie esistono davvero.

Le 47 candidate intercettate dal VST mostrano quanto il censimento possa essere ancora incompleto. Nello stesso settore di cielo, prima di questo lavoro, ne erano note appena quattro.

C’è anche il mistero delle galassie disposte su un piano

Il numero dei satelliti racconta soltanto una parte della storia. Conta anche dove si trovano.

Attorno alla Via Lattea e ad Andromeda sono state osservate distribuzioni sorprendentemente appiattite di galassie satelliti. Alcune configurazioni risultano poco comuni in determinate simulazioni cosmologiche e da anni alimentano il confronto tra gli studiosi. Quanto siano davvero anomale, quanto possano durare e quale ruolo abbiano i filamenti cosmici o la storia delle fusioni resta ancora oggetto di discussione.

Anche il nuovo campione del VST contiene un indizio interessante. Intorno a NGC 5084 alcune candidate sembrano disporsi lungo una struttura appiattita, vagamente simile ai sistemi planari osservati nel Gruppo locale.

Per ora è soltanto una geometria suggestiva. Una fotografia del cielo restituisce una disposizione proiettata in due dimensioni. Senza distanze e velocità precise è impossibile sapere se quelle galassie appartengano davvero allo stesso sistema e quale sia la loro posizione nello spazio tridimensionale.

Le future misure spettroscopiche serviranno proprio a capire se quel disegno apparente abbia un significato fisico o sia soltanto il risultato della prospettiva.

Il colore conserva tracce della loro storia

Le immagini profonde raccontano anche come cambia la luce all’interno di queste piccole galassie. In diversi casi il centro appare più rosso, mentre le regioni esterne tendono verso tonalità più blu. Il comportamento varia comunque da oggetto a oggetto e sembra dipendere anche dalla massa.

Lo studio rileva inoltre profili di luminosità poco concentrati, descritti da indici di Sérsic generalmente inferiori a 2, una caratteristica già osservata in altre popolazioni di galassie nane.

Dietro queste differenze di colore possono nascondersi pezzi della loro storia: l’età delle stelle, la composizione chimica, i periodi di formazione stellare e gli effetti delle esplosioni di supernova, capaci di espellere gas e modificare l’evoluzione di una piccola galassia.

Decifrare questi segnali richiede però cautela. Nelle osservazioni fotometriche età, colore e metallicità possono produrre effetti simili. Gli spettri permetteranno di separare meglio le diverse interpretazioni e di ricostruire con maggiore precisione ciò che è accaduto all’interno di questi sistemi.

Adesso arriva Euclid

La storia delle 47 galassie potrebbe essere soltanto all’inizio. VST-SMASH è stata progettata affinché le galassie del programma ricadano anche nelle aree osservate da Euclid, il telescopio spaziale dell’Agenzia spaziale europea.

L’accoppiata offre agli astronomi due punti di vista complementari. Il VST riesce a raccogliere immagini molto profonde su campi estesi dalla Terra. Euclid aggiunge la stabilità e la risoluzione di un osservatorio spaziale, insieme alle informazioni raccolte nel vicino infrarosso. Gli stessi oggetti potranno così essere studiati con strumenti e lunghezze d’onda differenti.

Negli anni successivi entreranno in gioco anche le grandi campagne dell’Osservatorio Vera C. Rubin. Il numero di galassie a bassa brillanza superficiale conosciute potrebbe crescere rapidamente, trasformando questi oggetti da curiosità difficili da trovare a una popolazione abbastanza numerosa da poter essere studiata statisticamente. È probabilmente qui che si giocherà la partita più interessante. Confrontare decine di sistemi diversi permetterà di capire se la Via Lattea e le galassie del nostro vicinato siano esempi comuni oppure casi particolari.

Roberto Zonca

Roberto Zonca è giornalista professionista, attivo nell’informazione digitale dal 2000. Ha lavorato per oltre venticinque anni nella redazione di Tiscali News, testata considerata tra le esperienze storiche del giornalismo online italiano, nata nella stagione pionieristica del web e cresciuta insieme alla trasformazione digitale del Paese. Oggi dirige GiornaleTecnologico.net.