La galassia di Andromeda è la macchia al centro. Le altre 36 mini-galassie sono cerchiate in giallo. Dozzine di galassie nane che si muovono intorno alla galassia di Andromeda come api sono state catturate dalla fotocamera del telescopio spaziale Hubble, che ha effettuato più di mille orbite intorno alla Terra per scattare abbastanza immagini da ottenere un ritratto completo delle satelliti più luminose di Andromeda. Le 36 galassie nane sono varie nelle loro proprietà e molte mostrano orbite enigmatiche che le teorie convenzionali non sono ancora riuscite a spiegare. Le soluzioni a questi misteri potrebbero rivelare molto su come la galassia di Andromeda — che è la grande galassia a spirale più vicina a noi, situata a circa 2,5 milioni di anni luce di distanza — si sia formata e sviluppata.
“Abbiamo scoperto che c’è molta diversità che deve essere spiegata nel sistema satellitare di Andromeda,” ha detto Daniel Weisz dell’Università della California, Berkeley. “Il modo in cui le cose si uniscono è molto importante per comprendere la storia di questa galassia.” Il concetto di galassie nane che si muovono intorno a galassie più grandi è previsto dai modelli di formazione delle galassie basati sul modello standard della cosmologia, che descrive un universo pieno di quella che è conosciuta come “materia oscura fredda.” In questo scenario, le galassie si formano all’interno di una struttura di materia oscura, la cui gravità attira piccoli grumi di materia normale — cioè, le galassie nane — e li fonde insieme. Questo è noto come formazione gerarchica. Le galassie satelliti che vediamo oggi sono i resti di questa fase di costruzione, che ha avuto luogo nell’universo primordiale, iniziando oltre 13 miliardi di anni fa.
Questa nuova immagine del telescopio spaziale Hubble rappresenta solo metà di un progetto pianificato per studiare i movimenti delle nane di Andromeda. Tra cinque anni, Hubble o il telescopio spaziale James Webb raccoglieranno più dati per produrre un’altra immagine come questa; confrontando le due immagini, gli astronomi saranno in grado di vedere come le galassie nane si sono mosse. Poi, tornando indietro nel tempo, saranno in grado di riavvolgere il tempo e far tornare indietro le galassie nane per vedere da dove provenivano in primo luogo, miliardi di anni fa, e capire come questo ha influenzato la loro relazione con Andromeda.
Tuttavia, alcune delle galassie nane di Andromeda sono particolarmente enigmatiche. Le galassie nane intorno alla Via Lattea, per esempio, o hanno smesso di formare stelle miliardi di anni fa, o hanno iniziato a formarle di nuovo solo di recente dopo essere entrate nella sfera di influenza della nostra galassia, dove le forze di marea gravitazionali hanno agitato sacche di gas per riaccendere il processo di nascita delle stelle. Tuttavia, sembra che alcune delle galassie nane di Andromeda non abbiano mai smesso di formare stelle, continuando a farlo a un ritmo lento per tutta la storia cosmica.
“La formazione stellare è davvero continuata fino a tempi molto più recenti, il che non è affatto quello che ci si aspetterebbe per queste galassie nane,” ha detto Alessandro Savino dell’Università della California, Berkeley, che ha guidato lo studio sui satelliti di Andromeda. “Questo non appare nelle simulazioni al computer. Nessuno sa ancora cosa farne.” Un indizio viene da quanto sono vicine queste galassie nane alla loro galassia madre. “È un chiaro segno di come la crescita delle piccole galassie sia disturbata dall’influenza di una galassia massiccia come Andromeda,” ha detto Savino.
Un’altra peculiarità è come le orbite di alcune delle nane siano disposte, con metà di esse che orbitano intorno alla galassia di Andromeda nello stesso piano e tutte nella stessa direzione. “È strano,” ha detto Weisz. Secondo il modello standard, le galassie nane dovrebbero avvicinarsi all’alone di materia oscura — all’interno del quale una grande galassia sta crescendo da tutte le angolazioni — e quindi muoversi intorno ad esso su orbite casuali. Che le galassie siano tutte nello stesso piano e si muovano nella stessa direzione sembra una coincidenza troppo grande. “È stata in realtà una totale sorpresa trovare i satelliti in quella configurazione e non comprendiamo ancora completamente perché appaiano in quel modo,” ha detto Weisz.
Sebbene il modello standard di formazione delle galassie che coinvolge gli aloni di materia oscura fatichi a spiegare perché metà delle galassie nane satelliti di Andromeda siano in questo piano, il fenomeno è in realtà una previsione di una teoria alternativa della gravità, la Dinamica Newtoniana Modificata o MOND, che cerca di sostituire la materia oscura modificando le leggi della gravità a basse accelerazioni. Nel scenario MOND, la Via Lattea e la galassia di Andromeda avrebbero vissuto un incontro ravvicinato circa 8 miliardi di anni fa. La vicinanza della galassia di Andromeda alla Via Lattea avrebbe visto materiale strappato dalla nostra galassia per stabilirsi nello stesso piano orbitale intorno alla galassia di Andromeda e formare le galassie nane lì, un po’ come le lune che si formano intorno a un pianeta. Tuttavia, un altro team di astronomi ha precedentemente contestato questo, dicendo che il piano è solo un allineamento casuale. Tuttavia, le nuove osservazioni di Hubble potrebbero suggerire il contrario.
Quindi, mentre è ancora possibile che una soluzione possa essere trovata sotto il paradigma del modello standard, la conferma che questo piano di galassie satelliti esiste sarà vista come una vittoria significativa agli occhi dei teorici MOND. In ogni caso, le osservazioni sottolineano il fatto che la nostra galassia Via Lattea e la galassia di Andromeda hanno vissuto storie significativamente diverse. Gli studi sulla crescita della nostra galassia implicano che sia stata un luogo piuttosto placido senza fusioni importanti con galassie medie o grandi negli ultimi almeno 10 miliardi di anni, mentre la galassia di Andromeda mostra segni di aver vissuto una fusione significativa con un’altra galassia negli ultimi miliardi di anni. Questo è supportato da altre recenti osservazioni di Hubble che hanno fotografato 100 milioni di stelle nella galassia di Andromeda. Questa fusione potrebbe aver contribuito a rendere l’ambiente intorno ad Andromeda più dinamico, oltre a ingrossare Andromeda stessa (è due volte più massiccia della nostra Via Lattea e ha più galassie satelliti). Questo mette in discussione quanto sia saggio usare la nostra galassia come modello per altre galassie.
“C’è sempre una tendenza a usare ciò che comprendiamo nella nostra galassia per estrapolare più in generale alle altre galassie nell’universo,” ha detto Weisz. Le prove stanno crescendo che le galassie possono essere piuttosto diverse, con proprietà e storie differenti, e come la loro famiglia di satelliti si sia sviluppata può essere un segno che qualcosa è diverso. “Il nostro lavoro ha dimostrato che le galassie a bassa massa in altri ecosistemi hanno seguito percorsi evolutivi diversi da quelli che conosciamo dalle galassie satelliti della Via Lattea,” ha concluso Weisz. Sembra che nello zoo delle galassie, i leoni e le tigri possano differire più selvaggiamente di quanto immaginassimo.
I nuovi risultati sono stati pubblicati il 28 gennaio su The Astrophysical Journal.