Le galassie a spirale presentano una struttura a forma di disco con uno spessore relativamente ridotto rispetto alla loro estensione radiale.
In genere, questi sistemi mantengono una configurazione stabile, soprattutto nelle loro regioni più interne, dove stelle e gas seguono orbite quasi circolari intorno al centro galattico sotto l’influenza del campo gravitazionale generato dalla distribuzione complessiva della materia della galassia. Tuttavia, è ormai assodato che, sia nella nostra galassia che in quelle esterne, i moti delle stelle e degli altri emettitori non si limitano a percorsi circolari. Al contrario, possono presentare componenti aggiuntive, come il moto radiale o verticale. Questi moti non circolari sono dovuti a vari fattori, tra cui le distorsioni nella distribuzione della massa a grandi scale (ad esempio, la presenza di bracci a spirale che rappresentano sovradensità locali), le deformazioni della forma del disco o le interazioni con galassie satelliti. Tali moti non circolari sono prevalenti e lasciano impronte distintive sulle mappe di velocità delle galassie.
Mentre oggi è possibile osservare e ricostruire direttamente i moti circolari, radiali e verticali delle singole stelle della Via Lattea, lo studio delle galassie esterne rappresenta una sfida più complessa.
Infatti, è possibile osservare solo l’immagine proiettata della galassia sul cielo e la velocità lungo la linea di vista dell’osservatore (misurabile attraverso l’effetto Doppler). Di conseguenza, il problema consiste nell’utilizzare queste informazioni per ricostruire i campi di velocità circolare e radiale della galassia. Finora, l’ipotesi prevalente è stata che i moti siano prevalentemente circolari e che i moti radiali siano trascurabili. Tuttavia, anche con questa ipotesi, la ricostruzione del campo di velocità circolare in varie regioni galattiche rimane un problema irrisolto.
Francesco Sylos Labini , Matteo Straccamore, Giordano De Marzo del Centro di Ricerca Enrico Fermi di Roma e Sébastien Comeròn dell’Istituto di Astrofisica delle Canarie hanno compiuto un importante passo avanti sviluppando un metodo per ricostruire i campi di velocità circolari e radiali delle galassie esterne utilizzando solo le informazioni di velocità lungo la linea di vista.
Questo approccio innovativo consente di ricostruire non solo i campi circolari e radiali medi, ma anche le loro variazioni nelle diverse regioni della galassia. Queste variazioni, note come anisotropie angolari, possono essere collegate alla presenza di strutture di densità come bracci di spirale, barre o galassie satellite.
Nel loro lavoro Sylos Labini e collaboratori hanno applicato questo metodo a 25 galassie del catalogo “The HI Nearby Galaxy Survey” (THINGS), che contiene i campi di velocità misurati con osservazioni di altissima risoluzione spaziale dell’emissione di idrogeno neutro.Questo catalogo comprende campi di velocità ottenuti attraverso osservazioni molto precise dell’emissione di idrogeno neutro, che garantiscono un’eccellente risoluzione spaziale. Utilizzando questo metodo, i ricercatori sono riusciti a ottenere preziose informazioni sulla cinematica di queste galassie e a stabilire connessioni tra le grandezze cinematiche misurate e la distribuzione della materia al loro interno. I risultati del loro lavoro contribuiscono in modo significativo allo sviluppo di modelli completi che catturano la natura dinamica e l’evoluzione delle galassie.
L’articolo “Mapping non-axisymmetric velocity fields of external galaxies”, è in accettato per la pubblicazione nel Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Può essere scaricato a questo link.
Nella figura, il lato sinistro mostra un’immagine della galassia M51, nota per la sua sorprendente struttura a spirale “grand design”. L’immagine mostra la galassia insieme al suo satellite, visibile sul lato sinistro, circondato da gas luminoso. Sul lato destro della figura sono presenti due mappe. La mappa inferiore rappresenta il campo di velocità circolare, mentre quella superiore illustra il campo di velocità radiale.
Il campo di velocità radiale presenta variazioni significative in prossimità del satellite e nelle regioni esterne, che sono diametralmente opposte. Queste variazioni suggeriscono notevoli deviazioni da un moto puramente circolare. Allo stesso modo, anche il campo di velocità circolare mostra notevoli variazioni, sottolineando ulteriormente che la velocità di rotazione non è uniforme in tutta la galassia. Queste variazioni nei campi di velocità radiali e circolari forniscono preziose indicazioni sulla complessa dinamica e struttura della galassia M51.