Emissione X di galassie Early-Type
L'attività di ricerca sullo studio dell'emissione X da parte di galassie Early-Type (Ellittiche e Lenticolari), al centro di gruppi ed ammassi poveri di galassie, è motivata dal fatto che le galassie degli ammassi sono tra le più brillanti nella banda X e dunque la loro emissione dominata dal gas interstellare. Ciò consente di studiare lo stato fisico, l'origine ed l'evoluzione degli aloni gassosi. La scelta di sistemi `poveri' permette inoltre di isolare meglio le proprietà degli aloni galattici da quelle del mezzo intergalattico diffuso.
Figura 1: Immagine in falsi colori nella banda X di NGC 1399 (al centro) e di NGC 1404 (in basso a sinistra). Nel caso di NGC 1399 l'alone si estende oltre la componente stellare e mostra la presenza di strutture filamentari e cavità.
Prima del lancio del satellite Einstein, nel Novembre 1978, le galassie Early-Type ‘normali' erano ritenute ritenute di scarso interesse per l'astronomia X in quanto non dotate di un nucleo attivo nè di regioni di intensa formazione stellare (da cui l'appellativo ‘normali'). Einstein ha mostrato che questi oggetti sono sorgenti intense di radiazione X, la cui luminosità può spaziare da 1039 ergs s-1 per le galassie più deboli, fino a 1043 erg s-1 nel caso di ellittiche giganti. Le successive missioni X, con migliorate caratteristiche di risoluzione spaziale (Rosat, lanciato nel 1989) e spettroscopiche (Rosat, ASCA nel 1993, Beppo-SAX nel 1996), hanno consentito di determinare che le galassie Early-Type vanno divise in due sottoclassi, in funzione della loro luminosità X totale: oggetti con LX<1041 ergs s-1 sono dominate dall'emissione integrata di sorgenti compatte, simile a quella osservata nelle Spirali; galassie con LX>1041 ergs s-1 mostrano invece la presenza di una componente addizionale, rappresentata dall'emissione termica (Bremsstrahlung ed emissione di righe) del mezzo interstellare caldo, con temperature di circa 107 K. Le differenze osservate tra galassie Early-Type di diversa luminosità vengono attribuite alla capacità del sistema di ‘trattenere' la componente gassosa, in base alla profondità della buca di potenziale della galassia. Nonostante gli studi più recenti sembrino favorire un'origine stellare del gas, le temperature ottenute dalle analisi spettroscopiche sono spesso superiori a quelle attese nell'ipotesi di equilibrio gravitazionale con la componente stellare. Un ulteriore problema rappresentato dal fallimento dei modelli di "cooling-flow", secondo i quali il gas dovrebbe fluire verso il centro dell'alone a causa del raffreddamento (e della conseguente diminuzione di pressione) nelle regioni più interne. Il gas depositato al centro degli aloni non è stato rivelato in nessuna banda nè stato possibile osservare la presenza di gas multifase (a differenti temperature) nell'alone. Tutto ci riflette la scarsa conoscenza del bilancio tra i meccanismi di raffreddamento per irraggiamento e quelli di riscaldamento (moti stellari, riscaldamento da supernovae, AGN, effetti ambientali) del mezzo interstellare.
In questo contesto la ricerca (svolta presso l'Osservatorio di Palermo) ha preso in esame tre galassie Early-Type brillanti: NGC 1399, NGC 1404, nell'ammasso di Fornax, ed NGC 507, nel gruppo omonimo. Utilizzando osservazioni ad alta risoluzione Rosat HRI e Chandra, integrate da dati d'archivio dello strumento PSPC di Rosat, è stato possibile effettuare uno studio morfologico approfondito degli aloni di queste galassie e costruire dei modelli tridimensionali dell'emissione X che consentissero di isolare il contributo delle diverse componenti spaziali. Il risultato piu interessante di questo lavoro stato di dimostrare che, nelle galassie dominanti degli ammassi, esistono regioni associate a regimi dinamici differenti: le regioni centrali rivelano un picco di luminosità X associato con la popolazione stellare (Figura 1) e prodotto probabilmente, più che dalla presenza di cooling-flows, da venti stellari; l'alone esterno invece influenzato dalla presenza di grandi quantit di materia oscura (Figura 2), ma la presenza di due componenti separate e le fluttuazioni di densità rivelate, per la prima volta, nell'alone suggerisce che ci siano stati fenomeni di interazione con galassie vicine. Questi risultati sono in accordo con le più recenti osservazioni spettroscopiche ottenute dai satelliti Chandra e XMM. Questo studio ha anche mostrato che le galassie non dominanti (come NGC 1404) posseggono una struttura pi semplice dovuta al gas prodotto dai venti stellari (Figura 4), ma il loro stato pu essere fortemente influenzato dalle condizioni ambientali (pressione del mezzo intergalattico, interazioni mareali). Il confronto tra le osservazioni nella banda X e in quella radio ha rivelato che, nel caso di NGC 1399 ed NGC 507 (Figura 3), sono presenti processi di interazione tra il mezzo interstellare e gli elettroni relativistici, e che tali fenomeni sono pi comuni di quanto osservato fino ad oggi. Infine i dati hanno consentito di studiare per la prima volta la popolazione di sorgenti discrete che circonda queste galassie. L'analisi dei recenti dati Chandra ha sostanzialmente confermato i risultati ottenuti con Rosat.
Figura 2: Stime di massa totale ottenute dalle misure X assumendo diversi profili di temperatura (linee continue). I quadrati e i cerchi rappresentano stime X di altri autori. Le stime di massa dinamiche ottenute dalle misure stellari, di GCs e PNe sono mostrate dalla regione tratteggiata. Il confronto con il contributo della materia luminosa (linea tratteggiata) rivela che il centro della galassia è dominato dalla componente stellare mentre nelle regioni esterne c'è un cospicuo contributo di materia oscura.
Figura 3: Contorni radio sovrapposti sull'immagine X di NGC 507. Il plasma radio sta alterando la distribuzione del gas interstellare producendo ampie cavità.
Figura 4: Contorni X di NGC 1404 sovrapposti all'immagine ottica. L'alone gassoso è consistente con la distribuzione stellare. L'effetto della pressione del mezzo intergalattico rivelato dalla ‘coda' che si estende in direzione SO.
Riferimenti:
"Deep ROSAT-HRI Observations of the NGC 1399/NGC 1404 Region: Morphology and Structure of the X-Ray Halo", M. Paolillo, G. Fabbiano, G. Peres, D.-W. Kim, 2002, ApJ, 565, 883
"A Rosat-HRI investigation of the NGC 507 halo", M. Paolillo, G. Fabbiano, G. Peres, D.-W. Kim, 2003, ApJ, 586, 850
"Deep HRI observation of the elliptical galaxy NGC1399" - Autori: M. Paolillo, G. Fabbiano, G. Peres, D.-W. Kim, in "X-ray Astronomy 2000" ASP Conference Series, Vol. 234, 2001, R. Giacconi, S. Serio and L. Stella, eds.
"Deep ROSAT-HRI observation of the cD galaxy NGC 1399 in the Fornax cluster: morphology and dynamical status of the X-ray halo" - Autori: M.Paolillo, G. Fabbiano, G. Peres, D.-W. Kim, in pubblicazione negli atti del congresso "Sesto 2001 - Tracing Cosmic Evolution with Galaxy Clusters", Sesto Pusteria (Bolzano), 3-6 Luglio 2001
Maurizio Paolillo 2002-04-03
