Gli astrofisici per la prima volta hanno calcolato la massa e le dimensioni originali di una galassia nana che è stata triturata in una collisione con la Via Lattea miliardi di anni fa. Ricostruire la galassia nana originale, le cui stelle oggi attraversano la Via Lattea in una "corrente di marea" stellare, aiuterà gli scienziati a capire come si sono formate galassie come la Via Lattea e potrebbe aiutare nella ricerca di materia oscura nella nostra galassia.
"Abbiamo eseguito simulazioni che prendono in considerazione questo grande flusso di stelle e vedono come appariva prima che cadesse nella Via Lattea", ha spiegato Heidi Newberg, professoressa di fisica, astrofisica e astronomia al Rensselaer Polytechnic Institute. "Ora abbiamo una misurazione dai dati, ed è il primo grande passo verso l'utilizzo delle informazioni per trovare la materia oscura nella Via Lattea".
Miliardi di anni fa, la galassia nana e altre simili che si trovavano vicino alla Via Lattea furono trascinate nella galassia più grande. Mentre ogni galassia nana si fondeva con la Via Lattea, le sue stelle erano attratte da "forze di marea", lo stesso tipo di forze differenziali che fanno le maree sulla Terra. Le forze di marea hanno distorto e alla fine fatto a pezzi la galassia nana presa in considerazione, allungando le sue stelle in un flusso di marea scagliato attraverso la Via Lattea. Tali fusioni di marea sono abbastanza comuni, e Newberg stima che le stelle assorbite nella Via Lattea costituiscano la maggior parte delle stelle nell'alone galattico, una nube approssimativamente sferica di stelle che circonda i bracci a spirale del disco centrale.
La posizione e la velocità delle stelle del flusso di marea trasportano informazioni sul campo gravitazionale della Via Lattea. Ricostruire la galassia nana è un compito di ricerca che combina i dati delle indagini stellari, della fisica e del supercomputer distribuito MilkyWay@Home di Newberg, che sfrutta 1,5 petaflops, una misura della velocità di elaborazione, della potenza del computer domestici donata dai volontari. Questa grande quantità di potenza di elaborazione consente di simulare la distruzione di un gran numero di galassie nane con forme e dimensioni diverse e identificare un modello che meglio si adatta al flusso di stelle che vediamo oggi.
"È un problema enorme e lo risolviamo eseguendo decine di migliaia di simulazioni diverse fino a quando non ne otteniamo una che corrisponda effettivamente a ciò che vediamo. E questo richiede molta potenza, che otteniamo con l'aiuto di volontari in tutto il mondo che fanno parte del progetto di MilkyWay@Home", ha spiegato Newberg. Come pubblicato il 17 febbraio 2022 su The Astrophysical Journal, il team di Newberg stima la massa totale della galassia originale le cui stelle oggi formano il flusso Orphan-Chenab come 2×107 volte la massa del nostro sole.
Tuttavia, si stima che solo poco più dell'1% di quella massa sia costituito da materia ordinaria come le stelle. Si presume che il resto sia una sostanza ipotetica chiamata materia oscura che esercita forza gravitazionale, ma che non possiamo vedere perché non assorbe o emette luce. L'esistenza della materia oscura spiegherebbe una discrepanza tra l'attrazione gravitazionale della massa della materia che possiamo vedere e l'attrazione molto più grande necessaria per spiegare la formazione e il movimento delle galassie. Si stima che l'attrazione gravitazionale della materia oscura costituisca fino all'85% della materia nell'universo e che i flussi di marea di stelle che sono cadute nella Via Lattea potrebbero essere utilizzati per determinare dove si trova la materia oscura nella nostra galassia. "Le stelle del flusso di marea sono le uniche stelle nella nostra galassia per le quali è possibile conoscere le loro posizioni in passato", ha dichiarato Newberg. "Osservando le attuali velocità delle stelle lungo una corrente di marea, e sapendo che erano tutte nello stesso posto e si muovevano alla stessa velocità, possiamo capire quanto cambia la gravità lungo quel flusso. E questo ci dirà dove si trova la materia oscura nella Via Lattea".
La ricerca rileva anche che il progenitore della corrente Orphan-Chenab ha meno massa delle galassie misurate oggi nella periferia della nostra galassia, e se questa piccola massa fosse confermata potrebbe cambiare la nostra comprensione di come si formano piccoli sistemi stellari e poi fondersi insieme per creare galassie più grandi come la nostra Via Lattea.
Il Dr. Newberg, esperto dell'alone galattico, è un pioniere nell'identificazione delle correnti di marea stellari nella Via Lattea. Un giorno, spera che MilkyWay@home la aiuterà a misurare più delle proprietà di una galassia nana disintegrata. Idealmente, vorrebbe adattare contemporaneamente molte galassie nane, le loro orbite e le proprietà della galassia della Via Lattea stessa. Questo obiettivo è complicato dal fatto che le proprietà della nostra galassia cambiano nel corso dei miliardi di anni necessari affinché una piccola galassia cada e venga fatta a pezzi per creare questi flussi di marea.
"Seguendo scrupolosamente il percorso delle stelle trascinate nella Via Lattea, la dottoressa Newberg e il suo team stanno costruendo un'immagine che ci mostra non solo una galassia nana da tempo distrutta, ma fa anche luce sulla formazione della nostra galassia e sulla natura stessa della materia", ha detto Curt Breneman, preside della Rensselaer School of Science.