Nuove simulazioni sugli ammassi di galassie fanno luce su importanti misteri riguardanti la formazione delle galassie
L’astrofisica moderna ruota attorno a due risorse essenziali: l’osservazione, che è sempre stata alla base di questa disciplina, e le interpretazioni teoriche. Queste sono altamente interdipendenti: le osservazioni informano gli scienziati in merito allo stato dell’universo in un determinato momento e possono alimentare modelli e simulazioni in grado di far luce sulla sua evoluzione. In alcuni casi, tuttavia, le simulazioni disponibili deludono le aspettative. Prendiamo in considerazione gli ammassi di galassie, un insieme di galassie che vivono in una rete molto densa di associazioni. La simulazione all’avanguardia «EAGLE», perfetta per riprodurre dettagliatamente le galassie isolate, non riesce a fare altrettanto con gli ammassi di enormi dimensioni. Una simulazione uniforme come EAGLE dovrebbe modellare un volume di dati eccessivamente grande per poter funzionare efficacemente con tali tipi di ammassi. Il dott. Bahé, prima in qualità di ricercatore post-dottorato presso l'Istituto Max Planck per l'astrofisica di Garching, in Germania, e ora presso l’Università di Leida, si è posto l’obiettivo di superare queste difficoltà. Nel 2017, insieme ad altri ricercatori ha presentato, per la prima volta, i risultati delle cosiddette simulazioni «Hydrangea», un progetto spin-off basato su EAGLE. «L’idea è quella di selezionare accuratamente una regione in cui si è formato un ammasso di galassie all'interno di una simulazione a bassa risoluzione di grandi dimensioni, e poi di simulare solo questa regione all’alta risoluzione occorrente a tal fine. Si è trattato di un compito impegnativo dal punto di vista computazionale, tanto che è stato necessario eseguire la simulazione in uno dei più grandi supercomputer della Germania; ciononostante, si è rivelato un successo. Le simulazioni Hydrangea si sono dimostrate efficaci in quanto strumenti su misura per lo studio della formazione e dell’evoluzione degli ammassi di galassie», spiega il dott. Bahé. Il progetto ClusterGal (Investigating the mechanisms that shape galaxies in and around massive clusters) si basa su questa nuova suite di simulazioni per svelare i segreti degli ammassi di galassie. Oltre alle stesse simulazioni, il dott. Bahé ha sviluppato strumenti specifici per la loro analisi. Un esempio di tali strumenti è un codice che consente ricostruzioni dettagliate della storia delle singole galassie che interagiscono con altre all’interno dello stesso ammasso. «Mediante quest’analisi, sono stati chiariti diversi elementi. Innanzitutto, le simulazioni non sono perfette e, sotto alcuni aspetti, contrastano con le misurazioni osservazionali. Ad esempio, sebbene la maggior parte delle galassie abbia formato il numero di stelle previsto dalle simulazioni, gli ammassi centrali di galassie più massicci sono risultati troppo grandi di circa 3 volte rispetto a quanto misurato dalle osservazioni», afferma il dott. Bahé. Altre inesattezze concernono le periferie degli ammassi e le galassie più all’interno degli stessi, che sembrano aver subito una soppressione della loro formazione stellare più forte in confronto a quella osservata. Ciò potrebbe suggerire la necessità di rivedere gli attuali modelli di formazione stellare o la possibilità che aspetti fondamentali dell’Universo reale siano tuttora assenti nelle simulazioni. «Un altro risultato chiave del progetto è stata la scoperta del fatto che è molto meno probabile di quanto ritenuto in precedenza che le galassie si disperdano in un ammasso. Una gran parte della materia oscura di una galassia viene erosa dalle forze di marea mentre viene assorbita in un ammasso (un evento già noto), ma un notevole numero di stelle situate nel centro della galassia sopravvive quasi sempre. Questo significa che, almeno in senso statistico, possiamo confrontare le galassie osservate negli ammassi con uno spostamento verso il rosso maggiore (tempi lunghi di lookback) e nell’Universo locale al fine di dedurre il modo in cui si evolvono le popolazioni complessive delle galassie», afferma entusiasta il dott. Bahé. Sostanzialmente, i risultati di ClusterGal confermano che gli ammassi di galassie sono direttamente influenzati dal loro ambiente. È probabile che questa scoperta porti a studi di approfondimento, in quanto gli ammassi di galassie sono elementi essenziali per risolvere gli enigmi relativi alla formazione delle galassie. Come precisa il dott. Bahé: «Le galassie negli ammassi sono speciali e, senza una comprensione del modo in cui hanno raggiunto la propria configurazione, il nostro quadro della formazione delle galassie è per forza di cose incompleto». Questa ricerca è stata intrapresa con il sostegno del programma Marie Skłodowska-Curie.
Parole chiave
ClusterGal, ammassi di galassie, formazione delle galassie