Capitolo 4
Galassie e Nuclei Galattici Attivi
Materia oscura ed evoluzione delle galassie "
early-type
"
U
sualmente, con il termine "
early-type
" si intende indicare un'eterogenea classe di galassie che raggruppa ellittiche di ogni luminosità, lenticolari o S0, ed anche i bulge delle spirali. Le differenti proprietà fotometriche e cinematiche definiscono una sorta di dicotomia per questi sistemi stellari. Dagli anni '80 è ormai noto che le galassie meno brillanti hanno contorni di uguale brillanza superficiale (isofote) schiacciati e a forma di ellisse appuntita ("
disky
"), e una distribuzione della luce I(r) intorno al centro che decresce radialmente con legge di potenza (I(r) ∝ r
−n
, con n > 0). Le galassie più brillanti, invece, hanno isofote squadrate ("
boxy
"), con la distribuzione della luce intorno al centro che il cui valore si mantiene quasi costante; questi oggetti sono detti anche galassie con "core". Inoltre, rispetto ai sistemi più luminosi le galassie meno brillanti hanno una componente di moti ordinati (
velocità di rotazione
, V) maggiore di quella dei moti disordinati (
dispersione di velocità
, s): ossia V/s è maggiore nei sistemi meno brillanti ("
disky power-law
" systems) che in quelli più brillanti ("boxy" core systems).
Questa dicotomia delle galassie early-type è stata generalmente spiegata in un contesto evoluzionistico: le galassie più brillanti e boxy sarebbero il prodotto di un fenomeno di recente "fusione" (o merging) di una o più galassi&ugùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùave; più piccole. Le galassie meno brillanti e disky, invece, o non hanno sperimentato in passato alcun merging oppure, se tali fenomeni di merging si sono verificati, le galassie progenitrici devono essere state ricche di gas.
A supporto di tale scenario ci sono le proprietà di emissione di raggi X: le galassie più brillanti (boxy core) hanno una luminosità totale nella banda X maggiore di quelle meno brillanti (disky power-law). In questo caso sembra però che la luminosità X delle galassie sia correlata con la distribuzione di materia oscura e quindi del potenziale gravitazionale delle galassie che consente di trattenere il gas caldo responsabile dell'emissione X. Una chiave interpretativa di tali evidenze incrociate è stata fornita da studi di dinamica condotti negli ultimi anni da ricercatori dell'OAC su alcune galassie (
NGC 4406
,
NGC 1316
,
NGC 1399
,
NGC 4697
) utilizzando le misure di velocità radiali delle Nebulose Planetarie (cfr.
Annuario OAC 2002
). Sulla base di questi studi, e re-interpretando precedenti risultati di letteratura, i ricercatori dell'OAC hanno trovato significative indicazioni che il responsabile di tale dicotomia nelle proprietà ottiche ed X delle galassie early-type possa essere la distribuzione della
materia oscura
("
Dark Matter
" = DM).
La presenza di DM può essere rivelata dall'andamento radiale del rapporto massa-luminosità (M/L): se le galassie posseggono soltanto la massa necessaria per giustificare dinamicamente la luce emessa, allora il rapporto M/L deve essere costante al crescere della distanza dal centro. I modelli cosmologici più accreditati prevedono invece che le galassie debbano essere circondate da aloni di DM, un tipo imprecisato di materia incapace di emettere radiazione elettromagnetica. In questo caso, essendoc&ugùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùave; più massa di quanta effettivamente sia in grado di produrre luce, i rapporti M/L devono crescere con l'aumentare della distanza dal centro.
I ricercatori dell'OAC hanno dimostrato, su di un campione eterogeneo di 19 galassie, che mentre le galassie più brillanti (boxy core) hanno effettivamente rapporti M/L che crescono a grandi distanze dal centro, in accordo coi modelli cosmologici, nelle galassie &ugùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùùave; più deboli (disky power-law) i rapporti M/L sono quasi costanti fino a quelle distanze in cui la DM dovrebbe già dominare la dinamica, causando un
aumento di M/L
rispetto ai valori misurati nelle regioni interne governate dalla componente luminosa di origine barionica. Questa scoperta, per certi versi inattesa, da un lato sembra in conflitto con l'attuale modello standard di evoluzione dell'universo, poiché mette in discussione l'ubiquità della DM intorno le galassie, dall'altro evidenzia una stretta correlazione tra le proprietà della distribuzione della DM intorno alle galassie e il modo in cui la componente barionica (luce più gas) si è assemblata (formazione).
