Un gruppo fossile è un sistema galattico in cui alcune o tutte le galassie componenti si sono fuse per formare un’unica galassia ellittica. Questo corpo ha una massa e una luminosità dei raggi X paragonabili alla somma dei suoi componenti ed è circondato da una nube di gas caldo che si estende per diversi raggi galattici. Tutti i membri del sistema non assorbiti sono in genere distanti e di grandezza molto inferiore rispetto al membro dominante. È stato suggerito che questi sistemi si siano formati in un passato molto lontano e rappresentino lo stadio finale dell’evoluzione di un gruppo galattico, da cui il termine ‘fossile’.
La maggior parte delle galassie, inclusa la Via Lattea, fa parte di un gruppo locale. Nei gruppi più compatti, le galassie sono abbastanza vicine da proiettare che la gravità determinerà la loro eventuale fusione in un unico corpo, centrato in un alone di materia oscura. Questa è materia che non emette o riflette radiazioni, ma può essere rilevata dai suoi effetti gravitazionali. La presenza di materia oscura è dedotta dalle vaste nubi di gas che emettono alti livelli di radiazioni a raggi X che tipicamente circondano questi sistemi. Si pensa che un tale processo formi un gruppo fossile nel corso di pochi miliardi di anni.
Sono state fatte osservazioni di gruppi galattici che sembrano essere in procinto di formare un gruppo fossile. Questi rafforzano l’idea che sia l’esito comune per i sistemi di una certa densità e l’unico metodo di formazione dei gruppi fossili. Tuttavia, ulteriori ricerche hanno dimostrato che la formazione di fossili è in settori meno densamente popolati. Inoltre, sono stati esaminati enormi gruppi fossili che non avrebbero potuto derivare da modelli comuni di attrito dinamico all’interno della vita conosciuta dell’universo.
Il gruppo fossile più massiccio conosciuto è stato studiato utilizzando gli osservatori spaziali a raggi X XMM-Newton e Chandra e telescopi a infrarossi a terra. La sua galassia ellittica è 500 miliardi di volte più luminosa del sole, ha una massa di oltre 300 trilioni di masse solari e si trova in un alone di gas surriscaldato di tre milioni di anni luce di diametro. Secondo la visione accettata della formazione di gruppi fossili, una struttura di queste dimensioni non avrebbe dovuto essere possibile nel tempo a disposizione.
È stata proposta una teoria della formazione alternativa in cui gli effetti dell’attrito dinamico che agisce sui corpi che si muovono in orbite circolari attorno al centro di massa sono sostituiti da un modello asimmetrico. Se la massa viene tirata verso il centro lungo filamenti o strutture galattiche filiformi, le forze note possono spiegare la formazione a un ritmo molto più rapido. Le somiglianze tra le galassie ellittiche dei gruppi fossili e le galassie luminose nei grandi ammassi suggeriscono un altro processo formativo. Il processo finale di formazione dei gruppi fossili potrebbe essere la fase iniziale di formazione dei gruppi di cluster.