Gli ammassi di galassie nell’universo locale sono dominati da galassie massicce, quiescenti e di età avanzata, formatesi ad alto redshift. Capire perché queste galassie abbiano smesso di formare nuove stelle è una delle questioni centrali dell’astrofisica extragalattica. È ancora dibattuto se il loro spegnimento, noto in inglese come quenching, sia guidato soprattutto da processi interni alle galassie o da effetti legati all’ambiente in cui esse si trovano. La difficoltà nel risolvere questo problema è stata a lungo legata alla scarsità di osservazioni disponibili durante l’epoca di picco della formazione di queste galassie. Un nuovo studio pubblicato oggi su Nature Astronomy, condotto da un team internazionale di cui fa parte anche Anita Zanella dell’Inaf di Bologna, fornisce ora un tassello fondamentale: grazie ad Alma, sono state ottenute prove inequivocabili della presenza di code di gas estese e allungate in cinque galassie appartenenti a un ammasso in formazione a z = 2,51. E’ quanto comunica l’INAF in un articolo.
Ram pressure stripping: il gas viene strappato alle galassie
Le distribuzioni del gas osservate nello studio mostrano una caratteristica particolarmente rilevante: in ciascun caso è presente una sola coda, che si estende ben oltre l’emissione stellare rilevata dal James Webb Space Telescope, o Jwst. Una configurazione di questo tipo è insolita in galassie isolate e indica che il gas viene strappato dalle galassie che si trovano all’interno di un ammasso o che vi stanno entrando. Il fenomeno è noto come ram pressure stripping, abbreviato in Rps. Si tratta di un processo ben documentato nell’universo locale, in cui il gas di una galassia viene letteralmente rimosso mentre la galassia si muove all’interno dell’ambiente denso dell’ammasso. Fino a oggi, però, non era mai stato osservato in modo così evidente in ammassi così lontani. La scoperta rappresenta quindi i casi più distanti confermati di ram pressure stripping, mettendo in luce il ruolo determinante degli effetti ambientali nella rimozione del gas ad alto redshift. È un risultato importante perché indica che l’ambiente può contribuire in modo sostanziale al quenching delle galassie già nell’universo lontano, attraverso un meccanismo spesso trascurato.
Che cos’è il quenching e perché è decisivo per l’evoluzione delle galassie
Il quenching è il processo con cui una galassia cessa di formare nuove stelle. Le galassie che hanno subito questo spegnimento vengono definite quiescenti: sono dominate da stelle vecchie e rossastre e non mostrano più attività di formazione stellare significativa. Perché una galassia smetta di formare stelle, il gas freddo – cioè il combustibile necessario alla nascita di nuove stelle – deve essere rimosso, riscaldato oppure consumato. I meccanismi proposti per spiegare questo processo sono diversi. Tra questi ci sono il feedback del nucleo galattico attivo, legato al buco nero centrale che può riscaldare o espellere il gas, il feedback dei venti stellari e delle supernove, e gli effetti ambientali come il ram pressure stripping. Il punto centrale dello studio è proprio stabilire quale di questi meccanismi prevalga: qualcosa di interno alla galassia, oppure l’ambiente in cui essa si trova. Le osservazioni ottenute con Alma e confrontate con i dati del Jwst rafforzano l’ipotesi che, nelle galassie d’ammasso dell’universo lontano, la rimozione del gas da parte dell’ambiente possa avere un ruolo primario.
Alma e Jwst rivelano code di gas oltre l’emissione stellare
L’importanza del risultato deriva dalla qualità e dalla combinazione delle osservazioni. Alma ha permesso di evidenziare la presenza del gas e delle sue strutture allungate, mentre il James Webb Space Telescope ha rilevato l’emissione stellare delle galassie. Il fatto che le code di gas si estendano ben oltre la componente stellare indica che non si tratta di una semplice distribuzione interna alla galassia, ma di gas in fase di rimozione. “Grazie a nuovi dati di altissima qualità di Jwst e Alma, abbiamo evidenziato che il gas nelle galassie d’ammasso nell’universo lontano viene strappato”, commenta Zanella a Media Inaf. “Essendo il gas il carburante principale per la formazione stellare, quando le galassie vengono svuotate di gas, diminuisce la loro produzione di stelle. Il ram pressure stripping potrebbe quindi essere un meccanismo importante per spiegare perché la maggior parte delle galassie d’ammasso nell’universo locale è quiescente, ovvero non forma più stelle o le forma a un tasso molto basso”. La dichiarazione sintetizza il cuore della scoperta: il gas, necessario alla formazione stellare, viene rimosso dalle galassie in un ambiente di ammasso già quando l’universo era molto più giovane. Questo processo può ridurre la produzione di stelle e contribuire alla trasformazione delle galassie in sistemi quiescenti.
Un meccanismo ambientale già attivo ad alto redshift
Il risultato pubblicato su Nature Astronomy mostra che gli effetti ambientali non sono rilevanti solo nell’universo locale, ma possono agire anche ad alto redshift, quando gli ammassi sono ancora in formazione. Le cinque galassie osservate nell’ammasso a z = 2,51 rappresentano quindi un laboratorio fondamentale per studiare le prime fasi dell’evoluzione delle galassie d’ammasso. La presenza di code di gas estese e allungate suggerisce che il ram pressure stripping fosse già in grado di influenzare profondamente il destino delle galassie in ambienti densi. Questo scenario aiuta a collegare le osservazioni dell’universo lontano con ciò che si vede oggi negli ammassi vicini, dove le galassie massicce e quiescenti sono una popolazione dominante.
Quenching nelle galassie d’ammasso: il ruolo dell’ambiente diventa centrale
Per decenni, la comunità scientifica ha cercato di chiarire quali processi portino alla cessazione della formazione stellare nelle galassie. Le nuove osservazioni forniscono prove dirette del fatto che la rimozione del gas, indotta dall’ambiente dell’ammasso, può essere uno dei meccanismi chiave. “Astronome e astronomi da decenni cercano di capire quali meccanismi portano alla cessazione della formazione stellare nelle galassie”, conclude Zanella. “Con questo lavoro mostriamo che la rimozione del gas è probabilmente uno dei meccanismi principali nelle galassie d’ammasso”. La scoperta rafforza dunque l’idea che il quenching non dipenda soltanto da processi interni, come l’attività del buco nero centrale o il feedback stellare, ma possa essere guidato in modo significativo anche dall’ambiente. In particolare, il ram pressure stripping appare come un processo capace di privare le galassie del gas necessario per formare nuove stelle già nell’universo lontano.
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