Così muoiono le galassie ellittiche

Una nuova ricerca, basata sui dati del VLT ( Very Large Telescope) dell'ESO e del telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA, mostra come la morte per le galassie ellittiche inizi dal loro cuore. Tre miliardi di anni dopo il Big Bang queste galassie spente ancora producevano stelle ma solo nelle zone periferiche, mentre la formazione stellare si era già arrestata nel nucleo.
Questi risultati sono stati pubbliccati ieri sulla rivista Science.

Evidence for mature bulges and an inside-out quenching phase 3 billion years after the Big Bang [abstract]

Most present-day galaxies with stellar masses ≥10¹¹ solar masses show no ongoing star formation and are dense spheroids. Ten billion years ago, similarly massive galaxies were typically forming stars at rates of hundreds solar masses per year. It is debated how star formation ceased, on which time scales, and how this "quenching" relates to the emergence of dense spheroids. We measured stellar mass and star-formation rate surface density distributions in star-forming galaxies at redshift 2.2 with ~1-kiloparsec resolution. We find that, in the most massive galaxies, star formation is quenched from the inside out, on time scales less than 1 billion years in the inner regions, up to a few billion years in the outer disks. These galaxies sustain high star-formation activity at large radii, while hosting fully grown and already quenched bulges in their cores.

Qui sotto il comunicato ESO.

Uno dei più grandi misteri dell'astrofisica è incentrato su come le galassie ellittiche massicce, ora quiescienti nel Universo contemporaneo, abbiano spento il tasso di formazione stellare un tempo forsennato. Queste galassie colossali, spesso chiamate sferoidi a causa della loro forma, impacchettano di solito le stelle nelle zone centrali con una densità dieci volte superiore a quella della nostra Via Lattea e hanno una massa totale dieci volte superiore.

Gli astronomi chiamano queste galassie " red and dead", cioè "rosse e morte", o "spente", poichè presentano una notevole abbondanza di stelle vecchie e rosse, una mancanza di stelle giovani e blu e non mostrano evidenza di nuova formazione stellare. L'età stimata delle stelle rosse suggerisce che le galassie ospiti abbiamo terminato di produrre nuove stelle circa dieci miliardi di anni fa. Questo spegnimento è iniziato proprio al culmine della formazione stellare nell'Universo, quando molte galassie erano ancora attive nella produzione di stelle a un ritmo venti volte superiore a quello odierno.

"Gli sferoidi massicci e spenti contengono circa metà delle stelle che l'Universo ha prodotto in tutta la sua vita", spiega Sandro Tacchella dell'ETH Zurich in Svizzera, autore principale dell'articolo. " Non possiamo dire di aver capito come si è evoluto l'Universo e come è diventato quale lo vediamo oggi, se non capiamo come queste galassie si sono formate."

Tacchella e colleghi hanno osservato in totale 22 galassie, che coprono un ampio intervallo di masse, a partire da un'epoca di circa tre milliardi dopo il Big Bang (l'età dell'Universo è di circa 13,8 miliardi di anni, e perciò le galassie studiate da Tacchella e colleghi sono viste come apparivano circa 10 miliardi di anni fa.). Lo strumento SINFONI installato sul VLT (Very Large Telescope) dell'ESO ha raccolto la luce da questo campione di galassie, mostrando esattamente il luogo in cui venivano sfornate le nuove stelle. SINFONI può realizzare queste misure così dettagliate di galassie distanti grazie al suo sistema di ottica adattiva, che in gran parte cancella l'effetto di sfuocatura causato dell'atmosfera terrestre.

I ricercatori hanno puntato anche il telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA sullo stesso gruppo di galassie, sfruttando la posizione del telescopio nello spazio, al di sopra della nostra atmosfera che distorce le immagini. La fotocamera WFC3 di Hubble ha scattato immagini nel vicino infrarosso, rivelando la distribuzione spaziale delle stelle più vecchie all'interno delle galassie che stanno attivamente formandone di nuove.

" Ciò che sorprende è che il sistema di ottica adattiva di SINFONI può cancellare quasi completamente gli effetti atmosferici e raccogliere informazioni sull'ubicazione delle nursery di stelle, con la stessa precisione che Hubble consente di ottenere per la distribuzione della massa stellare," aggiunge Marcella Carollo, anch'essa dell'ETH Zurich e co-autrice dello studio.

Secondo i nuovi dati, le galassie più massicce del campione hanno mantenuto una produzione costante di nuove stelle nelle zone periferiche. Nei nuclei e nei rigonfiamenti centrali densamente popolati, invece, la formazione stellare si era già fermata.

" Questa dimostrazione del fatto che la formazione stellare si spegne a partire dall'interno nelle galassie massicce dovrebbe fare luce sui meccanismi coinvolti, che gli astronomi hanno a lungo dibattuto," afferma Alvio Renzini, dell'INAF-Osservatorio di Padova, Italia.

Una delle teorie di punta è che il materiale che serve per comporre le stelle viene disperso da torrenti di energia rilasciati dal buco nero supermassiccio al centro della galassia mentre divora disordinatamente il materiale circostante. Un'altra idea è che il gas nuovo smetta di fluire verso la galassia, lasciandola a secco di rifornimenti per le nuove stelle e trasformandola in uno sferoide rosso e spento.

" Esistono molti suggerimenti teorici su quale meccanismo fisico porti alla morte degli sferoidi massicci", conclude la coautrice Natascha Förster Schreiber, del Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik a Garching, Germania. " Scoprire che lo spegnimento della formazione stellare è iniziato dal centro e ha percorso la sua strada verso l'esterno è un passo molto importante per comprendere come l'Universo ha finito per apparire come è ora."