Capitolo 4 Galassie e Nuclei Galattici Attivi
 

Studio   delle   galassie   con   "anelli   polari"
Le galassie con anelli polari (polar ring galaxies = PRG) sono oggetti peculiari costituiti da una galassia primaria centrale e da un anello di stelle, gas e polveri che ruota su un piano quasi perpendicolare al piano equatoriale dell'oggetto centrale. Il prototipo di questa classe di oggetti è NGC4650A. La componente centrale ha una morfologia molto simile a quella di una galassia S0: un corpo centrale sferoidale circondato da un disco. Più raramente si osservano anelli polari attorno a galassie ellittiche. L'esistenza di due sistemi, l'anello da un lato e il disco della galassia centrale dall'altro, che ruotano in due direzioni quasi ortogonali, non è spiegabile come il risultato di un collasso di una singola nube proto-galattica, per cui gli scenari di formazione delle PRG fanno riferimento a due possibili processi:
  1. accrescimento di gas dall'ambiente circostante da parte di una galassia lenticolare o ellittica;
  2. fusione di due galassie a spirali in condizioni iniziali molto particolari, tra cui quella che la traiettoria seguita dai due sistemi sia polare.
Recentemente, allo scopo di individuare quale dei due processi di formazione meglio si adatti alle proprietà osservate per questa peculiare classe di oggetti, un gruppo di ricercatori dell'OAC ha intrapreso uno studio dettagliato di un campione di PRG nelle bande J, H e K. La scelta delle bande infrarosse è stata dettata dalla necessità di ridurre il più possibile l'assorbimento dovuto alla polvere presente nell'anello, la quale altera fortemente la distribuzione di luce proveniente dalla galassia centrale. In questo lavoro le proprietà fotometriche delle PRG del campione in esame sono confrontate con quelle predette dai due diversi scenari di formazione. I risultati principali dell'analisi sono:
  1. la galassia centrale ha proprietà diverse da quelle tipiche delle lenticolari. In particolare, è più giovane e con colori simili a quelli caratteristici delle galassie a spirali;
  2. l'anello è una struttura di età non superiore al miliardo di anni, che nel caso di NGC4650A appare più simile ad un disco di spirale. Esso è caratterizzato da una quantità di materia barionica (gas + stelle) superiore a quella contenuta nella galassia centrale. Tali proprietà vengono più facilmente spiegate se le galassie con anelli polari si formano attraverso la fusione di due galassie a disco.
Gli scenari di formazione per le galassie con anelli polari sono in grado anche di prevedere l'esistenza di oggetti in cui l'anello non è polare, ma molto meno inclinato rispetto al piano equatoriale della galassia centrale. Queste strutture sono molto meno stabili rispetto alle PRG e quindi più rare. Il gruppo di ricercatori dell'OAC che si occupa delle galassie con anelli polari è ora impegnato anche nello studio delle proprietà fotometriche, nell'ottico e nell'infrarosso, di questi oggetti peculiari legati alle PRG. Una delle galassie in questione è ESO235-G58: essa è costituita da una componente centrale che ha le tipiche proprietà di una galassia a disco e da un anello inclinato di circa 40 gradi rispetto al piano equatoriale della galassia centrale. L'anello ha una struttura molto più irregolare rispetto agli anelli nelle PRG: è caratterizzato da abozzi di braccia a spirale in cui si osservano zone di formazione stellare.
Lo studio ora illustrato è parte di un più vasto progetto che riguarda l'analisi delle proprietà fotometriche e cinematiche delle PRG. L'approccio cinematico è mirato a ricavare informazioni sulla forma tridimensionale (3D) dell'alone di materia oscura che si ritiene avvolga l'intero oggetto. L'azione gravitazionale della materia oscura è ben nota nei dischi delle galassie a spirali, ma la mancanza di misure cinematiche lungo la direzione perpendicolare al disco in questi sistemi preclude la possibilità di investigare la forma 3D dell'alone. Una tale analisi diventa invece possibile nelle galassie con anelli polari, dove la materia ruota in due dischi quasi perpendicolari. La questione ancora aperta è se l'alone di materia oscura sia sferico, così come suggerito dai primi studi, oppure schiacciato quanto la componente luminosa della galassia centrale, oppure, come proposto nel caso di NGC 4650A, schiacciato nel piano della struttura polare.
Nuovi risultati sono stati ottenuti in tal ambito dai ricercatori dell'OAC, avendo a disposizione i nuovi dati nel vicino infrarosso, nell'ottico e nel radio (nella riga a 21 cm dell'idrogeno neutro, HI), disponibili per un ampio campione di questi oggetti peculiari, che include quelli studiati in precedenza. Data la similitudine delle PRG con le galassie a disco, la relazione di Tully-Fisher, ben nota per le galassie a spirale, tra velocità di rotazione del disco e la luminosità totale del sistema, è stata studiata per le galassie con anelli polari. La magnitudine K integrata, che viene emessa principalmente dalla componente centrale di questi sistemi, e la larghezza della riga HI al 20% dell'altezza del picco di densità di flusso, che traccia il potenziale nel piano meridiano, osservati per questi oggetti pongono la maggior parte delle PRGs nel campione lontani dalla relazione di Tully-Fisher osservata per le galassie a spirale. La maggioranza delle PRG mostrano una larghezza di riga nell'HI maggiore di quella predetta, a partire dalla luminosità osservata in banda K. Questo risultato è confermato da un campione più ampio di oggetti, sulla base di dati ottici nella banda B. Questa evidenza osservativa può essere messa in relazione con la forma dell'alone oscuro e la sua giacitura in questi sistemi, e può essere studiata per mezzo di simulazioni numeriche. La notevole rotazione osservata nei PRGs è riprodotta da un alone schiacciato, allineato con l'anello polare.
Definire la forma dell'alone oscuro è di fondamentale importanza per capire la natura della materia che lo costituisce. Se questa componente consiste di particelle non barioniche che interagiscono solo gravitazionalmente con la materia ordinaria, allora essa è non dissipativa e non può quindi disporsi a formare un alone schiacciato; cosa che può realizzarsi invece se la materia oscura è costituita da barioni. La questione relativa alla forma dell'alone di materia oscura è anche importante perché alcuni scenari cosmologici sono in grado di predire la forma e il profilo radiale degli aloni di materia oscura.
Oltre al proseguimento dello studio della relazione Tully-Fisher per un campione più vasto di oggetti, in OAC si stanno riducendo e analizzando i nuovi dati spettroscopici per la galassia prototipo NGC4650A ottenuti al VLT, nel vicino infrarosso. L'alta risoluzione che caratterizza queste osservazioni permetterà di ottenere un nuovo e più accurato modello della distribuzione di massa in questo oggetto, allo scopo di vericare la forma dell'alone oscuro. Si procederà, inoltre, all'estrazione dei campi bidimensionali dell'idrogeno neutro di un campione di galassie con anelli osservate con il radio telescopio ATNF, in Australia, di cui si è già in possesso dei dati ottici e dei colori integrati.

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