Galassie oscurate colte in flagrante

Rappresentazione artistica di un quasar simile ad APM 08279+5255 (crediti: NASA/ESA)

Grazie ai dati forniti dalla Hyper Suprime-Camera (HSC), un gruppo di ricercatori della Ehime University, Princeton University e del National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) ha realizzato una ricerca estensiva sulle cosiddette “galassie oscurate” dalla polvere, o Dust-Obscured Galaxies (DOGs). I ricercatori hanno identificato 48 oggetti da cui è stato possibile ricavare una stima su quante ce ne sono nell’Universo. Poiché si ritiene che le galassie oscurate ospitino nei loro nuclei un buco nero supermassiccio che sta crescendo rapidamente, questi risultati, pubblicati su Publications of the Astronomical Society of Japan (PASJ), forniscono preziosi indizi per comprendere l’evoluzione delle galassie e dei rispettivi buchi neri.

Come si sono formate ed evolute le galassie nel corso di 13,8 miliardi di anni? È una domanda che è stata ed è oggetto di intensi studi osservativi e teorici. Sappiamo che nel nucleo di quasi tutte le galassie massicce risiede un buco nero supermassiccio, che può raggiungere centinaia di milioni o persino miliardi di volte la massa del Sole, e che esiste una stretta correlazione tra la massa dei buchi neri e quella delle rispettive galassie ospiti. Questa correlazione suggerisce che i buchi neri supermassicci e le galassie ospiti siano evoluti di pari passo, interagendo nel corso del tempo.

Il team, guidato da Yoshiki Toba della Ehime University e primo autore dello studio, si è concentrato sulle galassie oscurate che sono considerate la chiave per risolvere il problema della co-evoluzione delle galassie e dei rispettivi buchi neri. Queste galassie appaiono molto deboli in luce visibile, a causa della enorme quantità di polvere che le oscura, ma allo stesso tempo sono brillanti nell’infrarosso. In particolare, si ritiene che negli oggetti più brillanti risiedano i buchi neri più attivi che si trovano in una fase di rapida evoluzione. Inoltre, la maggior parte delle galassie oscurate vengono osservate ad una epoca in cui l’attività di formazione stellare raggiunse il suo picco, cioè 8-10 miliardi di anni fa. Dunque, tutto ciò implica che le galassie e i rispettivi buchi neri stanno crescendo rapidamente ad un’epoca primordiale della loro co-evoluzione. Ad ogni modo, bisogna dire che nonostante questi oggetti siano rari ed estremamente oscurati dalla polvere, studi precedenti nell’ottico hanno permesso di trovarne solo pochissimi esemplari.

La Hyper Suprime-Cam venne installata nel 2012 al telescopio di 8,2 metri Subaru. Si tratta di una camera a grande-campo di vista, pari a 9 volte la dimensione apparente sottesa dalla Luna piena, e rappresenta uno strumento potente ed ideale per studiare questa particolare classe di galassie oscurate. Nel 2014 è iniziata una survey ambiziosa del cielo, nota come Subaru Strategic Programme (SSP), caratterizzata da 300 notti di osservazioni allocate per un periodo di 5 anni. Lo scopo del programma strategico SSP è quello di produrre una grande quantità di immagini di alta qualità.

Gli autori del presente studio hanno selezionato le galassie oscurate facendo uso dei dati iniziali del programma strategico del telescopio Subaru. Dato che questi oggetti sono migliaia di volte più brillanti nell’infrarosso che alle lunghezze d’onda del visibile, gli astronomi li hanno selezionati non solo per mezzo della HSC ma anche grazie ai dati forniti dal satellite della NASA WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) e da quelli ottenuti dalla survey VISTA Kilo-degree Infrared Galaxy survey (VIKING). Le osservazioni su tutto il cielo realizzate da WISE sono state fondamentali per scoprire questi oggetti essendo spazialmente rari mentre i dati di VIKING sono stati utili per identificarli in maniera più precisa. Tutto questo ha permesso di scoprire 48 nuovi oggetti ognuno dei quali è 10 mila miliardi di volte più luminoso del Sole in banda infrarossa. Si stima che la densità numerica di queste galassie sia di circa 300 per gigaparsec cubico (ricordiamo che 1 parsec = 3,26 anni luce).

Questo lavoro fornisce in particolare, e per la prima volta, nuovi dati sulle proprietà statistiche di questa classe di oggetti. Inoltre, Questi risultati forniscono ai ricercatori preziosi indizi sul problema della co-evoluzione delle galassie e dei rispettivi buchi neri supermassicci da una nuova prospettiva. “Non ci sono strumenti installati nei più grandi telescopi che abbiano la sensibilità e il campo di vista della Hyper Suprime-Camera per la ricerca di queste galassie oscurate”, dice Toba. “La survey che eseguirà la HSC coprirà alla fine un’area di cielo 100 volte maggiore rispetto a quella del presente studio, il che permetterà l’identificazione di migliaia di altre galassie oscurate. Al momento, stiamo pensando di studiare in dettaglio le proprietà di questi oggetti e dei rispettivi buchi neri utilizzando le osservazioni di diversi telescopi”.

“Il programma strategico del telescopio Subaru con la Hyper Suprime-Camera è appena iniziato. Nel futuro immediato saranno resi pubblici tutta una serie di risultati eccitanti che riguarderanno non solo gli studi sull’evoluzione delle galassie ma anche studi provenienti da altri campi, quali sistemi planetari, stelle, galassie vicine e osservazioni cosmologiche”, conclude Tohru Nagao, co-autore dello studio.

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Per saperne di più:

• Leggi l’articolo su PASJ: Yoshiki Toba et al. – Hyper-luminous dust-obscured galaxies discovered by the Hyper Suprime-Cam on Subaru and WISE
• Il preprint su arXiv: Hyper-luminous Dust Obscured Galaxies discovered by the Hyper Suprime-Cam on Subaru and WISE

Fonte: Media INAF | Scritto da Corrado Ruscica