Strumenti per studiare l’evoluzione delle fusioni galattiche
Le galassie sono i più grandi oggetti legati gravitazionalmente nell’universo: enormi isole composte da centinaia di miliardi di stelle, accompagnate da gigantesche nubi di gas e polvere e, probabilmente, da una massa ancora più grande di materia oscura. Le galassie presentano una grande varietà di caratteristiche in termini di dimensioni, forma, popolazione stellare e struttura interna. «Viene spontaneo chiedersi come mai queste galassie abbiano assunto l’aspetto che hanno oggi», afferma Ivana Ebrova, ricercatrice del progetto GalaxyMergers(si apre in una nuova finestra) presso l’Istituto di Fisica dell’Accademia delle Scienze della Repubblica Ceca(si apre in una nuova finestra). «A quanto pare, le galassie evolvono praticamente da quando l’universo esiste. «Comprendere le galassie oggi significa quindi comprendere la loro storia e la storia dell’universo nel suo insieme.»
Comprendere il processo di fusione delle galassie
Con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie(si apre in una nuova finestra), Ebrova ha voluto approfondire la comprensione del processo di fusione delle galassie, elemento fondamentale dell’evoluzione cosmica. Le fusioni delle galassie sono processi lenti, che si svolgono nell’arco di milioni di anni. Le informazioni sulla storia delle fusioni devono quindi essere ricavate indirettamente dalla situazione attuale. «Per fortuna, una parte significativa delle galassie ellittiche e lenticolari (a forma di lente) presenta un tipo unico di struttura fine nota come gusci stellari», aggiunge Ebrova. «Questi si formano in seguito a fusioni e possono essere utilizzati per datare l’ultima fusione significativa subita dalla galassia.»
Rilevamento, misurazione e modellizzazione dei gusci
Nell’ambito del progetto GalaxyMergers, Ebrova ha sviluppato metodi esistenti per estrarre tali informazioni dalle singole galassie. «L’obiettivo del progetto era quello di estendere l’applicabilità di questi metodi a campioni molto più grandi», spiega. «A tal fine, abbiamo sviluppato nuovi strumenti per identificare e analizzare le galassie a guscio nelle immagini delle grandi campagne di rilevamento del cielo, in modo da poter ottenere automaticamente le stime relative ai tempi di fusione.» Sono stati sviluppati strumenti di visualizzazione che consentono di effettuare rapide ispezioni visive delle galassie generando immagini composite su più scale. Questo permette di identificare contemporaneamente le strutture a guscio sia nella parte interna che in quella esterna della galassia. È stato sviluppato e convalidato un algoritmo per la modellizzazione dell’evoluzione delle galassie a guscio utilizzando galassie a guscio generate da simulazioni cosmologiche. Questi strumenti (per il rilevamento e la misurazione dei gusci, la determinazione del potenziale gravitazionale della galassia ospite e la modellizzazione dell’evoluzione dei gusci) sono stati da allora resi disponibili al pubblico(si apre in una nuova finestra) come software gratuito e open source.
Le galassie a guscio come punti di riferimento
Il progetto GalaxyMergers ha contribuito a trasformare le galassie a guscio da semplici oggetti di curiosità in utili punti di riferimento. I dati relativi a centinaia di galassie a guscio sono già disponibili nelle indagini esistenti, e questo numero è destinato ad aumentare fino a raggiungere le migliaia con l’avvio del progetto Large Survey of Space and Time (LSST) dell’Osservatorio Vera C. Rubin. «Prima del progetto, gli scienziati utilizzavano vari strumenti con funzioni specifiche, che richiedevano un notevole impegno in termini di inserimento dati e gestione manuale», osserva Ebrova. «La nostra catena di strumenti integrata garantisce un flusso di lavoro veloce ed efficiente. Questa automazione sarà necessaria per elaborare le enormi quantità di dati che il progetto LSST genererà a breve.» Il progetto ha inoltre prodotto e reso disponibili dei cataloghi dei dati elaborati. «Per esempio, abbiamo selezionato un campione pilota di 11 rotatori prolati con struttura a conchiglia (una classe speciale di galassie di particolare interesse dal punto di vista dell’evoluzione stellare) e abbiamo applicato a queste il nostro metodo di datazione delle fusioni», spiega Ebrova. «Si tratta di un primo esempio del potenziale impatto di questo progetto.»
