Sfida alla Saggezza Convenzionale - Gli Astronomi Scoprono la Doppia Natura dei Gruppi e degli Ammassi di Galassie

Una ricerca condotta dall'Università di Tartu rivela distinzioni più profonde tra i gruppi e gli ammassi di galassie rispetto a quanto precedentemente compreso, identificando due classi uniche con i loro propri processi di formazione ed evoluzione. Questo studio, incentrato sulla ragnatela cosmica, approfondisce la nostra conoscenza della dinamica dei sistemi di galassie e dell'impatto dei loro ambienti.

Un credo comune tra gli astronomi è che i gruppi e gli ammassi di galassie differiscano principalmente nel numero di galassie che contengono - ci sono meno galassie nei gruppi e più negli ammassi. Guidati da Maret Einasto, gli astronomi dell'Osservatorio di Tartu dell'Università di Tartu hanno deciso di indagare su questo e hanno scoperto ancora più differenze tra i gruppi e gli ammassi.

La struttura dell'Universo può essere descritta come una gigantesca rete, una ragnatela cosmica, con catene (filamenti) di singole galassie e piccoli gruppi di galassie che collegano ricchi gruppi di galassie e ammassi che possono contenere migliaia di galassie. Tra i sistemi di galassie, ci sono dei giganteschi vuoti con quasi nessuna materia visibile (galassie e gas). I gruppi e gli ammassi di galassie possono, a loro volta, formare sistemi ancora più grandi chiamati superammassi.

Nel loro studio, gli astronomi di Tartu hanno utilizzato dati sui gruppi di galassie, sulle loro galassie più luminose (cosiddette galassie principali) e sul loro ambiente circostante. L'obiettivo era di combinare questi dati per capire se potessero fornire nuove informazioni sulla possibile classificazione dei gruppi di diverse dimensioni.

Lo studio ha dimostrato che i gruppi e gli ammassi di galassie possono essere divisi in due classi con proprietà molto diverse. I processi fisici che influenzano la formazione e l'evoluzione delle galassie principali nei gruppi e negli ammassi differiscono nei gruppi ricchi e poveri. Nell'opera, i ricercatori hanno descritto l'ambiente dei gruppi in due modi diversi. Prima di tutto, hanno descritto la ragnatela cosmica in termini di campo di densità generale, con i superammassi come le regioni ad alta densità più grandi e i vuoti come le regioni a bassa densità. In secondo luogo, hanno calcolato la distanza dall'asse del filamento più vicino per ciascun gruppo di galassie. Questa distanza indica se il gruppo si trova in un filamento, vicino o lontano dai filamenti.

Ogni cerchio colorato rappresenta un gruppo o un ammasso di galassie. Gli ammassi di galassie più ricchi sono contrassegnati in rosso; questi sono gli ammassi di galassie più ricchi nei superammassi di Ercole e Leone. I pannelli laterali mostrano le galassie più luminose di questi ammassi dal Database Digitale di Sloan. I cerchi gialli, verdi e blu rappresentano gruppi di galassie dai più luminosi ai più deboli. Credit: Maret Einasto

I ricercatori hanno diviso le galassie principali dei gruppi di galassie in galassie senza formazione stellare attiva (queste galassie sono principalmente rosse) e in galassie in cui la formazione stellare è attualmente attiva (le giovani stelle danno a queste galassie il loro colore blu). Tuttavia, hanno anche trovato galassie rosse in formazione stellare tra le galassie principali dei gruppi.

Paragonando le proprietà delle galassie principali in gruppi di diversa luminosità (o ricchezza), è stato scoperto che i gruppi rientrano in due classi principali - gruppi e ammassi ad alta luminosità, in cui quasi tutte le galassie principali sono galassie rosse non in formazione stellare, e gruppi poveri a bassa luminosità, che possono avere, oltre a quelle senza formazione stellare attiva, anche galassie blu o rosse in formazione stellare come galassie principali.

Le differenze tra i gruppi e gli ammassi non si limitano alla luminosità - ogni campione può essere diviso in due sulla base di una caratteristica. Inoltre, è stato scoperto che i gruppi di galassie e gli ammassi ad alta luminosità si trovano tutti nei filamenti nelle regioni ad alta densità. Tutti gli ammassi più brillanti e ricchi si trovano nei filamenti nei superammassi. Al contrario, i gruppi di galassie a bassa luminosità e le singole galassie possono essere trovati ovunque nella ragnatela cosmica, comprese le regioni a bassa densità - nei vuoti, situati in filamenti sparsi, o addirittura abbastanza lontano dai filamenti. Interessante, nei superammassi, la luminosità dei gruppi poveri di galassie con lo stesso numero di membri è molto più alta rispetto a quelli fuori dai superammassi.

Lo studio ha dimostrato che le proprietà dinamiche dei gruppi ricchi con galassie principali che non sono più in formazione stellare differiscono anche da quelle dei gruppi con galassie principali in formazione stellare Poi a disposizione. In quest'ultimi, le galassie principali si trovano per lo più nel centro del gruppo o dell'ammasso, mentre le galassie principali in formazione stellare possono essere abbastanza lontane dal centro del gruppo. Gli astronomi hanno scoperto che la relazione tra le dispersioni di velocità stellari delle galassie principali e le dispersioni di velocità dei gruppi, nota da studi precedenti, non si verifica nel caso di ammassi molto ricchi, specialmente in ammassi con galassie principali non in formazione stellare.

Describing the properties of the structure of the Universe and how they form and evolve is one of the fundamental tasks of cosmology. The results extend our understanding of the formation and evolution of galaxy groups and clusters and their main galaxies in the cosmic web. Rich galaxy clusters can only form in regions where the overall density of matter is sufficiently high and where there is plenty of gas necessary for star formation. In such regions, rich clusters can be joined by other (equally rich) groups and clusters. In low-density regions (the currently void areas), only rather poor groups can form, which are located quite far apart, and thus, there are few mergers.

The research results also suggest that the physical processes influencing the formation and evolution of the main galaxies in groups and clusters are different in rich and poor groups. The evolution of single galaxies and main galaxies in small groups is mainly influenced by processes in and around their dark matter haloes; the impact of other galaxies and more distant surroundings (galaxy group mergers, etc.) is important primarily in rich clusters. Our study also underlined the importance of galaxy superclusters as a unique environment for the formation and evolution of galaxies and galaxy systems.

In researching galaxies and galaxy groups, the next step of the working group will be using the new observational data, including data on very faint galaxies. Tartu Observatory participates in a number of such observation programs.

Reference: “Galaxy groups and clusters and their brightest galaxies within the cosmic web” by Maret Einasto, Jaan Einasto, Peeter Tenjes, Suvi Korhonen, Rain Kipper, Elmo Tempel, Lauri Juhan Liivamägi and Pekka Heinämäki, 22 January 2024, Astronomy & Astrophysics. DOI: 10.1051/0004-6361/202347504

Funding: Alfred P. Sloan Foundation, U.S. National Science Foundation, U.S. Department of Energy, National Aeronautics and Space Administration, the Japanese Monbukagakusho, Max Planck Society, Higher Education Funding Council for England, ICRAnet through a professorship for Jaan Einasto, Vilho, Yrjö and Kalle Väisälä Foundation, Estonian Research Council