Pisces VII, la seconda galassia nana satellite di M33

Nuove osservazioni confermano quanto ipotizzato alla scoperta

Nuova immagine della galassia nana ultradebole Pisces VII ottenuta con dati presi con il Telescopio Gemini North di 8 metri (International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/G.Donatiello)

Scoperta da me nel 2020 in immagini pubbliche del sondaggio Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) ottenute dal 4-m Telescope V. Blanco in Cile, Pisces VII/Triangulum III apparve subito un oggetto non comune sia per luminosità sia per la relativa vicinanza alla galassia spirale nana Triangulum (Messier 33).

Mappa fotografica con le posizioni di Andromeda XXII e Pisces VII, gli unici due satelliti accertati della galassia spirale M33. Pisces VII è la prima galassia nel Gruppo Locale scoperta da un astrofilo. 
(Giuseppe Donatiello)

Ipotesi contrapposte

M33 è il terzo sistema più massiccio nel Gruppo Locale ed è oggetto di dibattito tra gli specialisti in merito alla sua recente storia orbitale. Questa galassia manifesta, infatti, un esteso disco di gas idrogeno neutro (HI), mentre l’imaging profondo del Pan-Andromeda Archeological Survey (PAndAS) ha mostrato un’evidente deformazione nel suo disco nonché un potenziale flusso stellare verso Andromeda (M31). Tali caratteristiche sono state interpretate come la prova di un passaggio ravvicinato a M31 (<100 kpc) occorso circa 3 miliardi di anni fa.

Tuttavia, più recenti studi cinematici e simulazioni cosmologiche, suggeriscono che M33 sia invece alla sua prima caduta nel Gruppo Locale e nel potenziale gravitazionale di M31. In questo caso, le deformazioni osservate devono essere causate da un altro meccanismo, come ripetuti passaggi ravvicinati di satelliti a M33, accrescimento asimmetrico di gas o forze di marea a lungo raggio di M31. 

Queste ipotesi contrapposte comportano implicazioni importanti circa la storia del Gruppo Locale, specialmente in tema di galassie nane satelliti. Con il primo scenario ci aspettiamo, infatti, un numero molto basso di satelliti poiché M31 avrebbe sottratto a M33 parte del suo alone di materia oscura, stelle e sistemi nani.

Dove sono i satelliti?

M33 è effettivamente povera di satelliti rispetto ad altre galassie nane di massa simile, come ad esempio la Grande Nube di Magellano che ne annovera un buon numero. Prima della scoperta di Pisces VII, l’unico satellite abbastanza sicuro era Andromeda XXII. Due satelliti sono comunque pochi rispetto alla decina che ci dovremmo attendere. È questo un fulgido esempio di quello che gli specialisti chiamano “problema dei satelliti mancanti”.

Tutte le galassie maggiori nel Gruppo Locale esibiscono un numero di satelliti nettamente inferiore alle attese suggerite dai modelli. Nel caso di M33, tale penuria di satelliti è ancora più esasperata e sembra supportare lo scenario del passaggio orbitale ravvicinato a M31. Ci aspetteremmo di trovare questi satelliti strappati in posizione asimmetrica nell’alone di M31, ma le osservazioni non indicano sovra densità particolari.

Più verosimilmente, questi e altri satelliti nel sistema di M31 sono di luminosità molto bassa e sotto la soglia rivelazione dei sondaggi in corso, per altro non completi. Ciò è certamente plausibile poiché l’unica indagine profonda e ad ampio campo di M33 è PAndAS che ha sondato M33 solo fino a un raggio di circa 50 kpc, cioè circa un terzo del suo raggio viriale previsto. Un certo numero di galassie nane satellite potrebbe quindi trovarsi sia all’interno sia all’esterno delle regioni indagate.

Pisces VII come si presenta nel campo DESI LIS, presi dallla DECam applicata al 4-m Victor Blanco Telescope, e nell’immagine profonda con il Gemini Noth telescope di 8m.

Occhio vs Algoritmo

Pur essendo consapevole delle difficoltà intrinseche, intrapresi con David Martínez-Delgado (Instituto de Astrofísica de Andalucía) una ricerca di satelliti nel sottogruppo di M31, mediante ispezione visiva delle immagini DESI. L’ispezione visiva è complementare a quella eseguita con speciali algoritmi di ricerca e ha dimostrato di essere più sensibile nell’individuazione di sistemi parzialmente risolti in stelle. Le indagini automatiche non hanno portato sinora ad alcuna scoperta, mentre il mio approccio ha fruttato la scoperta, oltre che di Pisces VII (David Martínez-Delgado et al. 2022), anche di Pegasus V/Andromeda XXXIV (Michelle LM Collins et al. 2022), entrambe galassie nane ultradeboli (UFG).

Psc VII è stata in seguito osservata al Telescopio Nazionale Galileo (TNG) di 3,58 m, senza riuscire a vincolarne bene la distanza. Ciononostante, l’analisi dei dati permise una stima di distanza sufficiente è la rivelazione di un eccesso nel suo diagramma colore-magnitudine di stelle blu di recente formazione (circa 1 miliardo di anni). La cosa apparve inedita e molto insolita per un sistema così piccolo e antico, poiché la maggior parte della popolazione stellare delle galassie nane sferoidali è molto vecchia e risalente all’era della reionizzazione.

Pisces VII / Triangulum III ripresa dal TNG. All’interno i dati aggiornati.
(Walter Boschin, Giuseppe Donatiello)

Recenti osservazioni, però, suggeriscono che la presenza di una popolazione estesa sia più frequente di quanto ritenuto. Probabilmente la nostra comprensione dell’impatto della reionizzazione sulla formazione stellare nelle galassie di piccola massa è incompleta, oppure suscettibile dell’interazione con l’ambiente nell’alone, con cattura o ritenuta di gas neutro.

Osservazioni al Gemini North

Per determinare la distanza di Psc VII e per fare ulteriore luce sulla sua potenziale popolazione stellare giovane, l’8 agosto 2022 abbiamo acquisito immagini nelle bande g e r al Gemini North GMOS-N di 8 metri. La maggiore capacità dello strumento rispetto al TNG ci ha consentito di identificare meglio il ramo orizzontale (HB) intorno alla magnitudine 25,5 nonché il ramo delle giganti rosse (RGB). I risultati sono illustrati in un nuovo studio con primo autore Michelle LM Collins dell’Università di Surrey e pubblicato su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, (Volume 528Issue 2, Feb. 2024).

CMD Gemini-GMOS-N per Pisces VII (Tratto da: Michelle L M Collins, Noushin Karim, David Martinez-Delgado, Matteo Monelli, Erik J Tollerud, Giuseppe Donatiello, Mahdieh Navabi, Emily Charles, Walter Boschin, Pisces VII/Triangulum III – M33’s second dwarf satellite galaxy, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 528, Issue 2, February 2024, Pages 2614–2620, https://doi.org/10.1093/mnras/stae199)

I risultati ottenuti al Gemini hanno sostanzialmente confermato quelli già ottenuti al TNG, solo più precisi. Il centro di Pisces VII è alle coordinate RA-01:21:40.6, Dec-26:23:28 con le sue stelle che occupano una regione leggermente ellittica di circa 1 primo d’arco. Grazie al miglior campione di stelle RGB e HB, la distanza è stata meglio vincolata in circa 916 kpc, cioè 2,98 milioni di anni luce.

Con la maggiore precisione sulla distanza, abbiamo rivalutato la magnitudine assoluta in -5,3. Questo pone la galassia ben sotto il limite per le galassie nane ultradeboli (-7,7). Con un diametro calcolato di circa 1200 anni luce, Psc VII è classificabile nettamente come galassia UFD piuttosto che come ammasso stellare. Per fugare definitivamente il dubbio residuo sarebbero necessarie osservazioni spettroscopiche per misurare qualsiasi contributo di materia oscura e diffusione della metallicità.

Un satellite di M31 o M33?

Una distanza di 916 kpc equivale per Pisces VII a una distanza di circa 97 kpc (316mila a.l.) da M33. Questo significa che si trova comodamente all’interno del suo alone di materia oscura e che sia quindi un suo satellite UFD. Nonostante ciò, non può essere nemmeno escluso che sia un satellite distante di M31, benché la distanza galattocentrica di 285 kpc lo renda improbabile. Una velocità radiale di massa per Psc VII sarebbe utile per dipanare il dubbio.

Un secondo satellite per M33, allora? Certamente, ma potrebbe essere anche l’unico poiché anche lo status di Andromeda XXII non è proprio limpido. And XXII si proietta prospetticamente più vicina a M33 (vedi foto), ma con una separazione reale di 113 kpc è più distante di quanto sia Psc VII. Anche nei confronti di M31, And XXII dista 215 kpc, e quindi meno di Psc VII. In altre parole, la sua appartenenza a M33 è più ambigua rispetto a Psc VII. 

Immagine profonda a largo campo del gruppo M31 centrata sulla stella Mirach.

Alla prima caduta

Tuttavia, vecchie misure radiali di Andromeda XXII fanno propendere la sua appartenenza a M33 e, sino a prova contraria, così dobbiamo considerarla. Dato che sia Psc VII sia And XXII si trovano a grande distanza da M33, ciò suggerisce inoltre una loro prima caduta nella sua zona d’influenza.

Sebbene Psc VII allenti la tensione, il problema dei satelliti mancanti permane pur essendoci ancora spazio per nuove scoperte nelle regioni non esplorate da PAndAS e DESI e ci stiamo mettendo tutto l’impegno.  Aver trovato Pisces VII ben lontano da M33, implica che potrebbe esserci una popolazione di galassie UFD in attesa di essere scoperte.

Recente formazione stellare?

I nuovi dati ottenuti al Gemini North hanno inoltre permesso di acquisire altre informazioni sull’anomala popolazione blu rilevata con il TNG. Tale popolazione è ben distinta dalle stelle di sfondo ed è certamente appartenente alla galassia. Oltre che realmente giovani, quelle stelle potrebbero essere blue stragglers, cioè stelle che hanno subito una fusione binaria o un evento di trasferimento di massa con conseguente ringiovanimento della stella risultante. 

Se fossero davvero stelle di recente formazione (circa 1-2 Gyr), Pisces VII sarebbe la galassia nana più debole ad avere una formazione stellare avvenuta ben oltre la reionizzazione. E sarebbe un rompicapo. Questa prova di recente formazione stellare in una galassia così debole sarebbe una scoperta estremamente importante se verificata. Il futuro dell’imaging profondo ci consentirebbe di studiare questa interessante popolazione in modo più dettagliato.

Iscriviti alla newsletter

Email: accetto non accetto
Informazioni su Giuseppe Donatiello 363 Articoli
Nato nel 1967, astrofilo da sempre. Interessato a tutti gli aspetti dell'astronomia, ha maturato una predilezione per il deep-sky, in particolare verso i temi riguardanti il Gruppo Locale e l'Universo Locale. Partecipa a programmi Pro-Am nello studio dei flussi stellari in galassie simili alla Via Lattea mediante tecniche di deep-imaging. Ha scoperto sei galassie nane vicine: Donatiello I (2016), Donatiello II, III e IV nel sistema di NGC 253 (2020), Pisces VII (2020) e Pegasus V (2021) nel sistema di M31. Astrofotografo e autore di centinaia di articoli, alcuni con revisione paritaria.