Come si evolvono le galassie nella rete cosmica?

Nuove simulazioni hanno mostrato come migliaia di galassie si sono evolute viaggiando attraverso i filamenti di gas, polvere e stelle che compongono la “rete cosmica” dell’Universo

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Come si evolvono le galassie nella rete cosmica? Evoluzione degli ammassi di galassie

Nuove simulazioni hanno mostrato come migliaia di galassie si sono evolute viaggiando attraverso i filamenti di gas, polvere e stelle che compongono la “rete cosmica” dell’Universo.

Intricate reti di gas e polveri nelle galassie
Intricate reti di gas e polveri nelle galassie

Gli scienziati dell’Università del Kansas mirano a comprendere meglio i meccanismi in gioco nella formazione degli ammassi di galassie mentre viaggiano attraverso una rete cosmica di ambienti diversi.

Il Professore di fisica e astronomia della KU, Gregory Rudnick ha guidato la ricerca, che ha ricreato la rete cosmica in una simulazione al computer, quindi ha osservato il contenuto di gas e le proprietà di formazione stellare mentre si muovono attraverso quella rete. Lo studio ha utilizzato immagini di circa 14.000 galassie provenienti dal DESI Legacy Survey, dal Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) e dal Galaxy Evolution Explorer (GALEX) della NASA. Il team raccoglierà ulteriori osservazioni con il telescopio Planewave da 0,7 m di Siena.

Rudnick ha dichiarato: “L’obiettivo principale di questo progetto è stato comprendere l’impatto dei fattori ambientali sulla trasformazione delle galassie. Nell’universo, sono sparse in una distribuzione non uniforme caratterizzata da densità variabili. Queste si aggregano in grandi ammassi, che ne comprendono da centinaia a migliaia, così come gruppi più piccoli, costituiti da decine o centinaia”.

I sistemi stellari possono stare in insiemi o gruppi, oppure possono trovarsi in regioni più isolate e a bassa densità dell’Universo chiamate “il campo”, ha sottolineato Rudnick.



Studi precedenti che hanno simulato la rete cosmica e le galassie al suo interno hanno confrontato le galassie in gruppo con quelle isolate, tuttavia, non hanno preso in considerazione le strutture filamentose allungate di gas, polvere e stelle che collegano quelle raggruppate.

Rudnick e colleghi si sono concentrati sugli ambienti filamentosi che le galassie incontrano, su come vengono incanalate in raggruppamenti, e su come i filamenti influenzano la loro evoluzione: “Esse seguono un percorso all’interno di questi filamenti, sperimentando per la prima volta un ambiente denso prima di progredire in ammassi. Lo studio ci ha permesso di esaminare gli incontri iniziali delle stesse con ambienti densi”, ha detto Rudnick.

Uno screenshot di una simulazione al computer di galassie incastonate con filamenti di gas e polvere.(Credito immagine: Yannick Bahé)
Uno screenshot di una simulazione al computer di galassie incastonate con filamenti di gas e polvere.(Credito immagine: Yannick Bahé)

La maggior parte dei sistemi stellari entrano negli ammassi attraverso la rete cosmica, ha aggiunto Rudnick, ma, alcuni, prendono un percorso che li porta nei gruppi senza interagire molto con l’ambiente circostante: “Le galassie possono trovarsi in filamenti o essere in gruppi che risiedono su di essi come perle su una corda”. 

Il team spera che, con questa simulazione, sarà possibile ottenere informazioni sull’insorgenza degli effetti ambientali e decodificare il modo in cui si comportano nei filamenti e nei gruppi in cui si trovano più comunemente.

Galassie intrappolate che danno vita a stelle

Uno degli aspetti chiave del lavoro che ha intrapreso il team della KU sarà quello di valutare in che modo le condizioni dei filamenti della rete cosmica influenzano il trattamento del gas nelle sacche di sovradensità, che gli scienziati hanno chiamato “ciclo barionico“.

Le stelle nascono dal collasso di ammassi eccessivamente densi di gas e polvere, le interruzioni del ciclo barionico possono favorire o ostacolare la formazione stellare, aumentando o rallentando così la crescita delle galassie.

Lo spazio tra di esse contiene gas. In effetti, la maggior parte degli atomi nell’Universo si trovano in questo gas che può accumularsi, sostiene Rudnick: “Questo subisce una trasformazione in stelle, sebbene l’efficienza di tale processo sia relativamente basso, con solo una piccola percentuale che contribuisce alla formazione stellare, la maggior parte viene espulsa sotto forma di grandi venti”.

Alcuni di questi venti diventano deflussi che soffiano dalle galassie nello spazio, mentre altra materia trasportata ricade nella galassia di origine, viene accumulata e infine riciclata come parte del ciclo barionico.

L'ammasso stellare delle Pleiadi: un insieme di galassie collegate da filamenti di gas e polvere. (Credito immagine: Getty Images)
L’ammasso stellare delle Pleiadi: un insieme di galassie collegate da filamenti di gas e polvere. (Credito immagine: Getty Images)

Le galassie possono essere concettualizzate come motori di elaborazione barionica, che estraggono gas dal mezzo intergalattico e ne convertono una parte in stelle. Rudnick ha spiegato: “Le stelle, a loro volta, diventano supernova, producendo elementi più pesanti. Parte del gas viene espulso nello spazio, formando una fontana galattica che alla fine ricade nella galassia”.

Quando le galassie incontrano un ambiente denso sulla rete cosmica, possono modificare la loro pressione interna e interrompere il ciclo barionico, sottraendo attivamente gas o privandosi della propria futura fornitura. Questo si traduce in fabbriche di stelle galattiche, che si trovano nel cuore degli ammassi, e rallentano fino a fermarsi man mano che il materiale grezzo che fa nascere le stelle viene estinto.

L’interruzione influenza l’immissione e l’espulsione del gas, portando ad alterazioni nei loro processi di formazione stellare: “Anche se può esserci un aumento temporaneo, in quasi tutti i casi, alla fine questo si traduce in un declino nella formazione della stessa”, ha affermato Rudnick.

Si spera che le simulazioni del team aiutino gli scienziati a comprendere meglio il ciclo barionico, qualcosa che è stato evidenziato come un argomento scientifico chiave per il prossimo decennio dal sondaggio Astro2020 Decadal.

La ricerca includerà anche la sensibilizzazione scientifica agli studenti delle scuole superiori del Kansas e del New Jersey fino al 2026. Questo comprenderà la fornitura alle scuole di 11 MacBook Pro per consentire agli studenti di impegnarsi nel progetto di ricerca.

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