La collisione tra la Via Lattea e la galassia Gaia-Sausage/Enceladus ha rappresentato uno degli eventi più significativi nella storia evolutiva della nostra galassia.
Studi recenti, condotti grazie ai dati della missione Gaia dell’ESA, hanno rivelato come questa fusione galattica abbia modificato profondamente la struttura del disco e dell’alone galattico, contribuendo alla formazione della popolazione stellare più antica della Via Lattea e all’innesco di processi dinamici su scala cosmica.
Nel paradigma della cosmologia ΛCDM (Lambda Cold Dark Matter), le galassie si formano attraverso un processo gerarchico di accrescimento e fusione. Le collisioni tra galassie, fenomeni tutt’altro che rari su scale temporali cosmologiche, giocano un ruolo determinante nella crescita delle masse stellari, nella formazione dei bulge centrali e nella riorganizzazione delle orbite stellari.
La nostra galassia, la Via Lattea, non è immune a questo processo. Tra le collisioni più significative avvenute nel suo passato, una delle più imponenti è quella con un’antica galassia nana oggi identificata con il nome di Gaia-Sausage/Enceladus (GSE). L’evento risale a circa 10 miliardi di anni fa e ha lasciato segni profondi nella struttura dinamica, compositiva e cinematica della nostra galassia.
La scoperta della collisione GSE è il frutto dell’analisi dei dati ad alta precisione forniti dalla missione Gaia dell’ESA, lanciata nel 2013 e tutt’ora operativa. Gaia ha misurato con accuratezza mai raggiunta prima i moti propri, le parallassi e le velocità radiali di oltre 1,8 miliardi di stelle della Via Lattea, costruendo un catalogo astrometrico tridimensionale senza precedenti.
Dall’analisi cinematica delle stelle antiche dell’alone galattico sono emerse forti asimmetrie nel diagramma velocità-radiale vs. velocità-tangenziale, una distribuzione che ha suggerito un’origine comune per un’ampia popolazione stellare con caratteristiche dinamiche insolite. Questo ammasso di stelle si è rivelato essere il residuo di una galassia nana in accrescimento, oggi completamente assimilata, ma la cui firma è ancora ben visibile nei dati cinematici e chimici.
Il termine “Gaia-Sausage” deriva dalla particolare forma “a salsiccia” che queste stelle assumono nello spazio delle velocità: un pattern allungato che suggerisce orbite altamente eccentriche. Parallelamente, il nome “Enceladus” è stato proposto in uno studio indipendente per sottolineare l’origine esogena di questa componente, paragonata al mito del gigante Encelado sepolto sotto la superficie terrestre.
Oggi i due nomi sono considerati sinonimi e si usa comunemente la dizione Gaia-Sausage/Enceladus (GSE) per riferirsi a questo evento.
Gli studi sulla composizione chimica delle stelle associate a GSE, condotti con spettroscopia ad alta risoluzione (APOGEE, GALAH, LAMOST), indicano una popolazione povera di metalli ([Fe/H] ~ -1.5), coerente con un’origine in una galassia nana massiccia del tipo dSph (dwarf spheroidal).
Le stime della massa totale di GSE al momento della fusione variano, ma convergono su un valore compreso tra 109 e 1010 masse solari, una dimensione paragonabile o leggermente superiore a quella dell’attuale galassia del Sagittario. Questa massa era sufficiente per perturbare in modo significativo la cinematica del disco primordiale della Via Lattea.
Le stelle residue della collisione GSE si trovano prevalentemente nell’alone galattico interno, con distanze comprese tra 5 e 20 kpc dal centro della galassia. La loro distribuzione in posizione e velocità suggerisce orbite molto eccentriche (e > 0.8), che le portano a transitare vicino al bulge per poi estendersi fino alle regioni esterne.
Questa struttura sferoidale non isotropa si distingue nettamente dall’alone esterno formato da accrescimento più recente (Sagittarius, Helmi stream, Sequoia) e dal disco spesso, con cui le stelle GSE condividono parzialmente la composizione chimica ma non le caratteristiche orbitali.
La collisione con GSE non ha solo lasciato tracce nella composizione stellare. Le simulazioni numeriche ad alta risoluzione mostrano che un evento di tale portata ha avuto un impatto diretto sulla morfologia del disco galattico, contribuendo:
Le simulazioni idrodinamiche cosmologiche (come quelle condotte con i codici GADGET, EAGLE, FIRE-2) mostrano che collisioni simili sono comuni nei primi 2-3 miliardi di anni di vita delle galassie a spirale. L’evento GSE si colloca perfettamente in questo contesto, datato a circa 10 miliardi di anni fa (z ~ 2).
Una delle prove più robuste dell’origine esogena delle stelle GSE è rappresentata dalla loro firma chimica. I dati spettroscopici indicano:
Questi traccianti chimici permettono di separare le popolazioni di origine extragalattica da quelle endogene con precisione, consentendo di mappare retroattivamente l’estensione e il contributo di GSE all’alone galattico.
Uno dei risultati più interessanti emersi dagli studi recenti è la connessione tra l’evento GSE e la formazione del disco spesso della Via Lattea. Secondo le simulazioni, l’accrescimento dinamico e la perturbazione gravitazionale indotti dalla collisione hanno portato:
Questa sinergia tra accrescimento e ristrutturazione interna è coerente con le proprietà cinematiche e chimiche osservate nel disco spesso, che si distingue dal disco sottile per età, metallicità e dispersione di velocità.
La collisione Gaia-Sausage/Enceladus (GSE) non è l’unico evento di fusione documentato nella storia della Via Lattea. Tuttavia, è uno dei più massicci e antichi, e per questo si distingue da altri episodi di accrescimento minori. Confrontarlo con altri eventi noti consente di definirne il ruolo relativo nella formazione dell’attuale morfologia galattica.
La Galassia Nana del Sagittario (Sgr dSph) rappresenta l’altro grande evento di accrescimento in atto nella nostra galassia. Tuttavia, rispetto a GSE, Sgr presenta caratteristiche profondamente diverse:
Questa fusione è considerata più recente (1-2 miliardi di anni fa), e non ha avuto impatti significativi sull’alone interno o sul disco spesso. Tuttavia, ha contribuito alla formazione di strutture stellari come le warp e flare del disco, nonché a distorsioni osservabili nella distribuzione delle stelle giganti rosse.
La Via Lattea presenta numerose correnti stellari rilevabili nell’alone tramite survey come SDSS, Pan-STARRS e Gaia. Tra le più studiate vi sono:
Tutti questi eventi hanno contribuito in modo secondario all’arricchimento dell’alone, ma nessuno ha generato impatti paragonabili a quelli attribuiti alla collisione GSE.
Le prove osservative, seppur solide, necessitano di supporto teorico per validare l’ipotesi di una fusione massiva. Numerose simulazioni cosmologiche hanno permesso di contestualizzare GSE all’interno del framework evolutivo della Via Lattea.
Tra le principali campagne di simulazione impiegate nello studio dell’evoluzione galattica figurano:
Questi modelli hanno dimostrato che eventi di fusione con galassie nane massicce come GSE sono comuni nei primi 3 Gyr dopo il Big Bang e costituiscono i principali driver dell’assemblaggio dell’alone stellare e della ricostruzione dinamica del disco.
Tra gli output ricorrenti nei modelli che includono eventi simili a GSE si trovano:
Questi effetti riproducono fedelmente le osservazioni Gaia e confermano che la collisione con GSE è un elemento strutturale fondamentale nell’evoluzione della Via Lattea.
L’identificazione e la ricostruzione di eventi come GSE nella Via Lattea rappresentano una pietra angolare per la comprensione dell’evoluzione delle galassie a spirale in generale. Lo studio delle galassie esterne simili alla Via Lattea (ad esempio M31, NGC 891, NGC 4565) offre un contesto comparativo per interpretare la portata di tali fusioni.
Le osservazioni condotte con il telescopio spaziale Hubble, JWST e i grandi telescopi da terra (Keck, VLT) mostrano che molte galassie a spirale presentano:
Queste evidenze supportano l’idea che collisioni come quella con Gaia-Enceladus siano un processo evolutivo cosmologicamente universale per le galassie a spirale.
Secondo i modelli più aggiornati, l’alone stellare si compone di:
Nel caso della Via Lattea, la componente ex-situ è dominata da GSE e in misura minore da altri eventi. Le proporzioni variano nei modelli, ma in alcune simulazioni GSE contribuisce fino al 50-60% della massa dell’alone interno.
L’identificazione dell’evento Gaia-Sausage/Enceladus ha rappresentato una svolta nella comprensione della storia evolutiva della Via Lattea. Grazie alla sinergia tra i dati astrometrici di Gaia, l’analisi spettroscopica e le simulazioni cosmologiche, oggi possiamo ricostruire con dettaglio crescente una delle fusioni più importanti della nostra galassia.
L’evento GSE ha contribuito in modo sostanziale:
In prospettiva, missioni future come GaiaNIR e Roman Space Telescope, insieme a survey spettroscopici ad alta risoluzione (WEAVE, 4MOST), forniranno dati ancora più precisi per rifinire i modelli e comprendere appieno il ruolo di GSE nella costruzione della nostra galassia.
La collisione Gaia-Sausage/Enceladus è quindi un benchmark fondamentale per l’archeologia galattica, una disciplina che utilizza le tracce lasciate dalle stelle per ricostruire la storia dinamica della Via Lattea. E, in ultima analisi, per comprendere il ruolo della nostra galassia nel più ampio contesto dell’evoluzione cosmica.