Team di astronomi scopre galassia che non dovrebbe esistere.

2 febbraio 2024

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a cura di Kim Baptista, Arizona State University

Un team di astronomi, guidato dal dottor Tim Carleton, ricercatore assistente dell'Arizona State University, ha scoperto una galassia nana che è comparsa nelle immagini del telescopio spaziale James Webb che non era l'obiettivo principale dell'osservazione.

Le galassie sono legate dalla forza di gravità e sono composte da stelle e pianeti, con ampie nubi di polvere e gas e anche materia oscura. Le galassie nane sono le galassie più abbondanti dell'universo e, per definizione, sono piccole e poco luminose. Hanno meno di 100 milioni di stelle, mentre la Via Lattea, ad esempio, ha quasi 200 miliardi di stelle.

Osservazioni recenti di galassie nane sulla presenza di "galassie ultra-diffuse" al di là del campo di azione di precedenti ampie indagini spettroscopiche suggeriscono che la nostra comprensione della popolazione di galassie nane potrebbe essere incompleta.

In uno studio appena pubblicato, Carleton e il suo team stavano originariamente osservando un ammasso di galassie come parte del progetto PEARLS (Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science) del JWST.

La galassia nana, PEARLSDG, è apparsa casualmente in alcune delle immagini del JWST fatte dal team. Non era affatto il bersaglio - solo un po' fuori dal campo di osservazione principale, nell'area dello spazio in cui non si aspettavano di vedere niente.

I loro risultati sono stati pubblicati nell'Astrophysical Journal Letters.

PEARLSDG non aveva le caratteristiche usuali di una galassia nana che ci si aspetterebbe di vedere. Non è in interazione con una galassia vicina, ma non sta nemmeno formando nuove stelle. In effetti, si tratta di un interessante caso di una galassia quiescente isolata.

"Questi tipi di galassie nane quiescenti isolate non sono mai state viste prima, tranne che in pochi casi. Non ci si aspetta davvero che esistano secondo la nostra attuale comprensione dell'evoluzione delle galassie, quindi il fatto che vediamo questo oggetto ci aiuta a migliorare le nostre teorie sulla formazione delle galassie", ha detto Carleton. "In generale, le galassie nane che sono sole continuano a formare nuove stelle."

Fino ad ora, la comprensione degli astronomi dell'evoluzione delle galassie mostrava una galassia isolata che continuava a formare stelle giovani o che interagiva con una galassia compagna più massiccia. Questa teoria non si applicava a PEARLSDG, che si presenta come una vecchia popolazione stellare, che non forma nuove stelle e che vive la sua vita indipendentemente.

In una sorpresa ulteriore, le immagini del JWST del team permettono di osservare stelle individuali. Queste stelle sono più luminose nelle lunghezze d'onda rilevate dal JWST; è una delle galassie più lontane in cui si possono osservare queste stelle con questo livello di dettaglio. La luminosità di queste stelle consente agli astronomi di misurare la loro distanza - 98 milioni di anni luce.

Per questo studio, Carleton - che è un ricercatore assistente presso il Beus Center for Cosmic Foundations della School of Earth and Space Exploration presso l'ASU - e il suo team hanno utilizzato una vasta gamma di dati.

Ciò include dati di immagini dalla Fotocamera ad Infrarossi Prossimi (NIRCam) del JWST; dati spettroscopici dello spettrografo ottico DeVeney sul telescopio di scoperta Lowell a Flagstaff, Arizona; immagini archiviate dai telescopi spaziali Galex e Spitzer della NASA; e immagini terrestri dallo Sloan Digital Sky Survey e dal Dark Energy Camera Legacy Survey.

Il NIRCam del JWST ha una risoluzione angolare e una sensibilità molto elevate, il che ha permesso al team di identificare stelle individuali in questa galassia lontana. Proprio come le singole cellule che vengono messe a fuoco sotto un microscopio, queste osservazioni hanno reso i componenti di PEARLSDG nitidi e ben definiti.

In modo importante, l'identificazione di stelle specifiche nell'immagine ha fornito una chiave per calcolare la sua distanza: queste stelle hanno una luminosità intrinseca specifica, quindi misurando la loro luminosità apparente con il JWST, il team è stato in grado di determinare la loro distanza. E si è scoperto che queste stelle erano alcune delle stelle più distanti del loro tipo mai osservate.

Tutti i dati di imaging archiviato, osservati alle lunghezze d'onda ultraviolette, ottiche e infrarosse, sono stati raggruppati per studiare il colore di PEARLSDG. Le stelle appena formate presentano una firma di colore specifica, quindi l'assenza di tale firma è stata utilizzata per dimostrare che PEARLSDG non stava formando nuove stelle.

Lo spettrografo DeVeney presso il telescopio di scoperta Lowell separa la luce degli oggetti astronomici nei suoi componenti distinti, consentendo agli astronomi di studiarne le proprietà in dettaglio. Ad esempio, lo spostamento specifico delle lunghezze d'onda osservate nelle caratteristiche dei dati spettroscopici codifica informazioni sul movimento di PEARLSDG, utilizzando lo stesso effetto Doppler che i radar utilizzano per misurare la velocità dei conducenti sulle strade dell'Arizona.

This was key to show that PEARLSDG is not associated with any other galaxy and is truly isolated.

Additionally, particular features in the spectrum are sensitive to the presence of young stars, so the absence of those features further corroborated the measurements of the absence of young stars from the imaging data.

'This was absolutely against people's expectations for a dwarf galaxy like this,' Carleton said.

This discovery changes astronomers' understanding of how galaxies form and evolve. It suggests the possibility that many isolated quiescent galaxies are waiting to be identified and that JWST has the tools to do so.

This research was presented at January's 243 AAS press conference: Oddities in the Sky,

Provided by Arizona State University