Un team di astronomi ha identificato due galassie nane che si sono fuse con la Via Lattea circa 12-13 miliardi di anni fa. Soprannominate Shakti e Shiva, esse potrebbero essere i primi “mattoni” che hanno contribuito alla formazione della nostra galassia.
Shakti e Shiva: un’affascinante finestra sulla preistoria della Via Lattea
La storia iniziale della nostra galassia, la Via Lattea, è quella dell’unione di galassie più piccole, il che costituisce elementi costitutivi abbastanza grandi. Ora, Khyati Malhan e Hans-Walter Rix del Max Planck Institute for Astronomy sono riusciti a identificare quelli che potrebbero essere due dei primi elementi costitutivi che possono ancora essere riconosciuti come tali oggi: frammenti proto-galattici che si sono fusi con una versione primitiva della Via Lattea 12 e 13 miliardi di anni fa, proprio all’inizio dell’era di formazione delle galassie nell’Universo.
I componenti, che gli astronomi hanno chiamato Shakti e Shiva, sono stati identificati combinando i dati del satellite astrometrico Gaia dell’ESA con i dati dell’indagine SDSS. Per gli astronomi, il risultato è stato trovare tracce di un insediamento iniziale che si è trasformato in una grande galassia odierna.
Quando le galassie si scontrano e si fondono, diversi processi avvengono in parallelo. Ognuna di esse porta con sé il proprio serbatoio di gas idrogeno. Dopo la collisione, le nubi di gas idrogeno vengono destabilizzate e al loro interno si formano numerose nuove stelle. Naturalmente, anche le galassie in arrivo hanno già le proprie stelle e, in una fusione, le stelle delle galassie si mescolano. A lungo termine, tali “stelle accumulate” rappresenteranno anche parte della popolazione stellare della galassia combinata di recente formazione.
Una volta completata la fusione, potrebbe sembrare impossibile identificare quali di esse provengano dalla galassia predecessore. Ma in realtà esistono modi per risalire all’ascendenza stellare.
Shakti e Shiva si sono fuse con la Via Lattea
Quando le galassie si scontrano e le loro popolazioni stellari si mescolano, la maggior parte delle stelle conserva proprietà basilari, che sono direttamente collegate alla velocità e alla direzione della stessa in cui hanno avuto origine. Le stelle della stessa galassia pre-fusione condividono valori simili sia per la loro energia che per quello che i fisici chiamano momento angolare – il momento associato al movimento orbitale o alla rotazione. Per le stelle che si muovono nel campo gravitazionale di una galassia, sia l’energia che il momento angolare si conservano: rimangono gli stessi nel tempo. Cercando grandi gruppi di stelle con valori simili e insoliti di energia e momento angolare, è possibile risalire a un residuo di fusione.
Ulteriori indicatori possono aiutare l’identificazione. Le stelle che si sono formate recentemente contengono più elementi pesanti, quelli che gli astronomi chiamano “metalli”, rispetto a quelle che si sono formate molto tempo fa. Quanto più basso è il contenuto di metallo (“metallicità”), tanto prima presumibilmente si è formata la stella.
Identificare le stelle che si sono unite alla nostra Via Lattea come parti di un’altra galassia è diventato possibile solo in tempi relativamente recenti. Questo rilevamento ha richiesto set di dati di grandi dimensioni e di alta qualità e l’analisi ha previsto il setacciamento dei dati in modo da identificare la classe di oggetti cercata.
Il satellite astrometrico Gaia dell’ESA ha fornito osservazioni ideali per questo tipo di archeologia galattica basata sui big data. Lanciato nel 2013, negli ultimi dieci anni ha prodotto osservazioni sempre più accurate, che ormai include posizioni, cambiamenti e distanze di quasi 1,5 miliardi di stelle all’interno della nostra galassia. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Astrophysical Journal.
I dati di Gaia hanno rivoluzionato gli studi sulla dinamica delle stelle nella nostra galassia natale e hanno già portato alla scoperta di sottostrutture precedentemente sconosciute. Questo include il cosiddetto flusso Gaia Encelado/Salsiccia, un residuo della più recente e ampia fusione subita tra gli 8 e gli 11 miliardi di anni fa. Comprende anche due strutture identificate nel 2022: il torrente Ponto identificato da Malhan e colleghi e il “povero vecchio cuore” della Via Lattea identificato da Rix. Quest’ultima è una popolazione di stelle che si è appena formata durante le fusioni iniziali che hanno creato la proto-Via Lattea, e continua a risiedere nella regione centrale della nostra galassia.
Tracce di Shakti e Shiva
Per la loro ricerca attuale, Malhan e Rix hanno utilizzato i dati di Gaia combinati con gli spettri stellari dettagliati dello Sloan Digital Sky Survey (DR17). Questi ultimi forniscono informazioni dettagliate sulla composizione chimica delle stelle. Malhan ha dichiarato: “Abbiamo osservato che, per un certo gruppo di stelle povere di metalli, esse erano affollate attorno a due specifiche combinazioni di energia e momento angolare”.
In contrasto con il “povero vecchio cuore”, che era visibile anche in quei grafici, i due gruppi di stelle simili avevano un momento angolare relativamente grande, coerente con i gruppi che avevano fatto parte di galassie separate che si erano fuse con la Via Lattea. Malhan ha chiamato queste due strutture Shakti e Shiva, la seconda una delle principali divinità dell’Induismo e la prima una forza cosmica femminile spesso rappresentata come la consorte di Shiva.
I loro valori di energia e momento angolare, oltre alla loro complessivamente bassa metallicità, paragonabile a quella del “povero vecchio cuore”, rendono Shakti e Shiva buoni candidati per alcuni dei primi antenati della nostra Via Lattea. Rix ha affermato: “Shakti e Shiva potrebbero essere le prime due aggiunte al ‘povero vecchio cuore’ della nostra Via Lattea, che hanno innescato la sua crescita verso una grande galassia”.
Numerose indagini già in corso o destinate ad iniziare nei prossimi due anni promettono dati aggiuntivi rilevanti, sia sugli spettri (SDSS-V, 4MOST) che sulle distanze precise (LSST/Rubin Observatory), che dovrebbero consentire agli astronomi di prendere una decisione ferma su se Shakti e Shiva siano o meno uno scorcio della più antica preistoria della nostra galassia natale.
