La crescita di galassie ultra-massive

Sofisticate analisi statistiche dei dati ottenuti dal progetto UltraVISTA quantificano l'importanza relativa  di eventi di fusione tra galassie e della trasformazione del gas in stelle per la crescita di galassie ultra-massive. Lo studio, apparso sulla rivista ApJ, affronta il problema dell'identificazione  di tutti i progenitori delle galassie ultramassive osservate oggi.

In quello che oggi consideriamo lo scenario piu' plausibile per la formazione delle strutture cosmiche, le galassie si formano dalla condensazione di gas al centro di aloni di materia oscura che evolvono in modo "bottom-up": aloni piccoli si formano per primi e dalla fusione di questi hanno poi origine aloni piu' massivi. In questo contesto, la crescita in massa delle galassie puo' avvenire attraverso due canali: la formazione di nuove stelle dal gas freddo disponibile, e la fusione con altre galassie. Dal punto di vista osservativo, quantificare l'importanza relativa di questi canali e' difficile perche' richiederebbe di collegare le popolazioni di galassie osservate a diverse epoche cosmiche in un "albero genealogico" di antenati e discendenti.

Il recente lavoro guidato da Benedetta Vulcani (ora all'Universita' di Melbourne) con Gabriella De Lucia (all'INAF - Osservatorio di Trieste) e altri co-autori ha utilizzato dati ottenuti dal progetto UltraVISTA, una survey profonda nel vicino infrarosso che utilizza il telescopio VISTA dello European Southern Observatory, e metodi statistici per identificare un campione unico di progenitori di galassie locali ultra-massive. La figura 1 mostra esempi di tre candidati progenitori a z=0.73. Il pannello di sinistra corrisponde ad un progenitore con nessuna galassia vicina entro 250 kpc, il pannello centrale corrisponde ad un progenitore con pochi vicini, ed il pannello di destra uno con molti vicini.

Contando il numero di galassie "vicine" e stimando il loro tempo di fusione in base a considerazioni di dinamica, e' possibile calcolare la frazione della crescita in massa dovuta ad episodi di fusione. Misurando invece il tasso di
formazione stellare delle galassie vicine e assumendo che questo sia costante nel tempo, e' possibile stimare un limite superiore alla frazione di crescita in massa dovuta alla graduale conversione di gas in stelle.

Figura 1

I risultati di questa analisi sono riassunti in figura 2. I pannelli in alto corrispondono ai dati osservativi ed a diverse stime del tasso di formazione stellare. I pannelli in basso corrispondono a due diversi modelli teorici per la formazione e l'evoluzione delle galassie. Le linee nere mostrano la crescita in massa attesa, mentre le regioni rosse e verdi mostrano il contributo dei merger e della formazione stellare. Le linee punteggiate e tratteggiate mostrano le incertezze delle stime. La figura mostra che la crescita in massa delle galassie massive e' dominata da formazione stellare a z~2, in parti uguali da formazione stellare e dalle fusioni a 1 < z < 2, e dalle fusioni a z<1. Una analisi accurata delle figure mostra delle discrepanze tra la crescita in massa attesa e quella misurata sia nei dati che nei modelli. Nei dati, una stima del tasso di formazione stellare (pannello in alto a sinistra) restituisce una stima della crescita in massa sistematicamente piu' piccola di quella attesa mentre la stima alternativa (pannello in alto a destra) fornisce un accordo migliore. Nei modelli, l'importanza relativa dei due canali e' diversa e, nel caso del modello mostrato in basso a destra, la stima della crescita in massa non e' in accordo con quella intrinseca. Cio' implica che almeno qualcuna delle assunzioni fatte dovrebbe essere rivista. Utilizzando campioni piu' grandi di dati e attraverso test accurati dei metodi statistici usati, sara' possibile trarre conclusioni piu' robuste sulla importanza relativa di merger e formazione stellare.

Per maggiori informazioni contattare Gabriella De Lucia, delucia @ oats.inaf.it

 

Figura 2