La nebulosa galattica RCW 49 nella foto sopra è una delle regioni di formazione stellare più luminose della Via Lattea. Analizzando il movimento degli atomi di carbonio in una bolla di gas in espansione che circonda l'ammasso stellare Westerlund 2 all'interno di RCW 49, un team di ricercatori guidato dall'UMD ha creato l'immagine più chiara fino ad oggi di una bolla guidata dal vento stellare in cui nascono le stelle. Credito:NASA/JPL-Caltec/E.Churchwell (Università del Wisconsin).
I ricercatori dell'Università del Maryland hanno creato la prima immagine ad alta risoluzione di una bolla in espansione di plasma caldo e gas ionizzato dove nascono le stelle. Le precedenti immagini a bassa risoluzione non mostravano chiaramente la bolla né rivelavano come si fosse espansa nel gas circostante.
I ricercatori hanno utilizzato i dati raccolti dallo Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) per analizzare uno dei telescopi più luminosi, regioni di formazione stellare più massicce della galassia della Via Lattea. La loro analisi ha mostrato che un singolo, bolla in espansione di gas caldo circonda l'ammasso stellare di Westerlund 2 e studi precedenti smentiti suggeriscono che potrebbero esserci due bolle attorno a Westerlund 2. I ricercatori hanno anche identificato la fonte della bolla e l'energia che guida la sua espansione. I loro risultati sono stati pubblicati in Il Giornale Astrofisico il 23 giugno, 2021.
"Quando si formano stelle massicce, emettono espulsioni di protoni molto più forti, elettroni e atomi di metalli pesanti, rispetto al nostro sole, " disse Maitraiyee Tiwari, un associato post-dottorato presso il Dipartimento di Astronomia dell'UMD e autore principale dello studio. "Queste espulsioni sono chiamate venti stellari, e i venti stellari estremi sono in grado di soffiare e formare bolle nelle nuvole di freddo circostanti, gas denso. Abbiamo osservato proprio una bolla del genere centrata attorno all'ammasso di stelle più luminoso in questa regione della galassia, e siamo stati in grado di misurare il suo raggio, massa e la velocità con cui si espande".
Le superfici di queste bolle in espansione sono costituite da un gas denso di carbonio ionizzato, e formano una sorta di guscio esterno attorno alle bolle. Si ritiene che all'interno di questi gusci si formino nuove stelle. Ma come zuppa in un calderone bollente, le bolle che racchiudono questi ammassi stellari si sovrappongono e si mescolano con le nubi di gas circostante, rendendo difficile distinguere le superfici delle singole bolle.
Tiwari e i suoi colleghi hanno creato un'immagine più chiara della bolla che circonda Westerlund 2 misurando la radiazione emessa dall'ammasso attraverso l'intero spettro elettromagnetico, dai raggi X ad alta energia alle onde radio a bassa energia. Studi precedenti, che solo dati di lunghezza d'onda radio e submillimetrica, aveva prodotto immagini a bassa risoluzione e non mostrava la bolla. Tra le misurazioni più importanti c'era una lunghezza d'onda del lontano infrarosso emessa da uno specifico ione di carbonio nel guscio.
Un team guidato da astronomi dell'UMD ha creato la prima immagine chiara di una bolla di gas stellare in espansione in cui nascono le stelle utilizzando i dati del telescopio SOFIA della NASA a bordo di un jet 747 pesantemente modificato, come si vede qui nel rendering di questo artista. Credito:Rendering dell'artista di Marc Pound/UMD
"Possiamo usare la spettroscopia per dire effettivamente quanto velocemente questo carbonio si sta avvicinando o allontanandosi da noi, " ha detto Ramsey Karim (MS '19, astronomia), un dottorato di ricerca studente in astronomia all'UMD e coautore dello studio. "Questa tecnica utilizza l'effetto Doppler, lo stesso effetto che fa cambiare tono al clacson di un treno quando ti passa davanti. Nel nostro caso, il colore cambia leggermente a seconda della velocità degli ioni carbonio."
Determinando se gli ioni carbonio si stavano avvicinando o allontanandosi dalla Terra e combinando tali informazioni con misurazioni dal resto dello spettro elettromagnetico, Tiwari e Karim sono stati in grado di creare una vista 3D della bolla di vento stellare in espansione che circonda Westerlund 2.
Oltre a trovare un singolo, bolla stellare spinta dal vento intorno a Westerlund 2, hanno trovato prove della formazione di nuove stelle nella regione del guscio di questa bolla. La loro analisi suggerisce anche che con l'espandersi della bolla, si è aperta da una parte, rilasciando plasma caldo e rallentando l'espansione del guscio circa un milione di anni fa. Ma allora, circa 200, 000 o 300, 000 anni fa, un'altra stella luminosa in Westerlund 2 si è evoluta, e la sua energia ha rinvigorito l'espansione del guscio Westerlund 2.
"Abbiamo visto che l'espansione della bolla che circonda Westerlund 2 è stata riaccelerata dai venti di un'altra stella molto massiccia, e questo ha iniziato di nuovo il processo di espansione e formazione stellare, " Disse Tiwari. "Questo suggerisce che le stelle continueranno a nascere in questo guscio per molto tempo, ma mentre questo processo va avanti, le nuove stelle diventeranno sempre meno massicce."
Tiwari e i suoi colleghi ora applicheranno il loro metodo ad altri ammassi stellari luminosi e bolle di gas caldo per comprendere meglio queste regioni della galassia in cui si formano le stelle. Il lavoro fa parte di un programma pluriennale supportato dalla NASA chiamato FEEDBACK.
