Le galassie sono disponibili in un'ampia varietà di forme e dimensioni. Alcune delle differenze più significative tra le galassie, però, riguardano dove e come si formano nuove stelle. La ricerca convincente per spiegare queste differenze è stata sfuggente, ma questo sta per cambiare.

Un vasto, nuovo progetto di ricerca con l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), noto come PHANGS-ALMA (Fisica ad alta risoluzione angolare nelle galassie vicine), approfondisce questa domanda con molta più potenza e precisione che mai misurando i dati demografici e le caratteristiche di uno sbalorditivo 100, 000 singoli vivai stellari sparsi in 74 galassie.

PHANGS-ALMA, una campagna di ricerca senza precedenti e in corso, ha già accumulato un totale di 750 ore di osservazioni e ha fornito agli astronomi una comprensione molto più chiara di come cambia il ciclo di formazione stellare, a seconda delle dimensioni, età, e le dinamiche interne di ogni singola galassia. Questa campagna è da dieci a cento volte più potente (a seconda dei parametri) di qualsiasi precedente sondaggio del suo genere.

"Alcune galassie stanno esplodendo furiosamente con nuove stelle, mentre altre hanno consumato molto tempo fa la maggior parte del loro carburante per la formazione stellare. L'origine di questa diversità potrebbe molto probabilmente risiedere nelle proprietà degli stessi vivai stellari, " ha detto Erik Rosolowsky, un astronomo presso l'Università di Alberta in Canada e co-Principal Investigator del gruppo di ricerca PHANGS-ALMA.

Ha presentato i primi risultati di questa ricerca al 233° meeting dell'American Astronomical Society che si terrà questa settimana a Seattle, Washington. Diversi articoli basati su questa campagna sono stati pubblicati anche nel Giornale Astrofisico e il Lettere per riviste astrofisiche .

"Le precedenti osservazioni con le generazioni precedenti di radiotelescopi forniscono alcune informazioni cruciali sulla natura del freddo, densi vivai stellari, " Rosolowsky ha detto. "Queste osservazioni, però, mancava la sensibilità, risoluzione su larga scala, e il potere di studiare l'intera ampiezza dei vivai stellari attraverso l'intera popolazione di galassie locali. Ciò ha fortemente limitato la nostra capacità di collegare il comportamento o le proprietà dei singoli vivai stellari alle proprietà delle galassie in cui vivono".

Per decenni, gli astronomi hanno ipotizzato che ci siano differenze fondamentali nel modo in cui le galassie a disco di varie dimensioni convertono l'idrogeno in nuove stelle. Alcuni astronomi teorizzano che più grande, e generalmente galassie più vecchie, non sono così efficienti nella produzione stellare come i loro cugini più piccoli. La spiegazione più logica sarebbe che queste grandi galassie hanno vivai stellari meno efficienti. Ma testare questa idea con le osservazioni è stato difficile.

Per la prima volta, ALMA sta permettendo agli astronomi di condurre il necessario censimento ad ampio raggio per determinare come le proprietà su larga scala (dimensioni, movimento, ecc.) di una galassia influenzano il ciclo di formazione stellare sulla scala delle singole nubi molecolari. Queste nuvole sono larghe solo poche decine o poche centinaia di anni luce, che è straordinariamente piccolo sulla scala di un'intera galassia, soprattutto se visto da milioni di anni luce di distanza.

"Le stelle si formano in modo più efficiente in alcune galassie rispetto ad altre, ma la mancanza di alta risoluzione, osservazioni su scala di nuvole hanno significato che le nostre teorie sono state testate debolmente, ecco perché queste osservazioni di ALMA sono così critiche, " ha detto Adam Leroy, un astronomo presso la Ohio State University e co-Principal Investigator del team PHANGS-ALMA.

Parte del mistero della formazione stellare, notano gli astronomi, ha a che fare con il mezzo interstellare, tutta la materia e l'energia che riempiono lo spazio tra le stelle.

Gli astronomi capiscono che c'è un ciclo di feedback in corso dentro e intorno ai vivai stellari. Dentro queste nuvole, sacche di gas denso collassano e formano stelle, che sconvolge il mezzo interstellare.

"Infatti, confrontando le prime osservazioni di PHANGS con le posizioni delle stelle di nuova formazione mostra che le stelle di nuova formazione distruggono rapidamente le loro nuvole di nascita, " ha detto Rosolowsky. "Il team di PHANGS sta studiando come si manifesta questa interruzione in diversi tipi di galassie, che può essere un fattore chiave nell'efficienza della formazione stellare".

Per questa ricerca, ALMA sta osservando molecole di monossido di carbonio (CO) da tutte le parti relativamente massicce, generalmente galassie a spirale di fronte visibili dall'emisfero australe. Le molecole di CO emettono naturalmente la luce di lunghezza d'onda millimetrica che ALMA può rilevare. Sono particolarmente efficaci nell'evidenziare la posizione delle nuvole che formano stelle.

"ALMA è una macchina straordinariamente efficiente per mappare il monossido di carbonio su vaste aree nelle galassie vicine, " ha detto Leroy. "È stato in grado di eseguire questo rilevamento grazie alla potenza combinata delle parabole da 12 metri, che studiano caratteristiche su larga scala, e il più piccolo, Parabole da 7 metri al centro della schiera, che sono sensibili alle caratteristiche su larga scala, essenzialmente colmare le lacune".

Un sondaggio compagno, PHANGS-MUSA, sta utilizzando il Very Large Telescope per ottenere immagini ottiche delle prime 19 galassie osservate da ALMA. MUSE è l'acronimo di Multi-Unit Spectroscopic Explorer. Un altro sondaggio, PHANGS-HST utilizza il telescopio spaziale Hubble per rilevare 38 di queste galassie per trovare i loro ammassi stellari più giovani. Insieme, queste tre indagini forniscono un quadro sorprendentemente completo di come le galassie formino le stelle sondando il gas molecolare freddo, il suo moto, la posizione del gas ionizzato (regioni in cui le stelle si stanno già formando), e le popolazioni stellari complete delle galassie.

"In astronomia, non abbiamo la capacità di osservare il cosmo cambiare nel tempo; i tempi semplicemente sminuiscono l'esistenza umana, " ha osservato Rosolowsky. "Non possiamo guardare un oggetto per sempre, ma possiamo osservare centinaia di migliaia di nubi che formano stelle in galassie di diverse dimensioni ed età per dedurre come funziona l'evoluzione galattica. Questo è il vero valore della campagna PHANGS-ALMA."

"Osserviamo anche da migliaia a decine di migliaia di regioni di formazione stellare all'interno di ogni galassia, catturandoli durante il loro ciclo di vita. Questo ci permette di costruire un'immagine della nascita e della morte dei vivai stellari attraverso le galassie, qualcosa di quasi impossibile prima di ALMA, "aggiunse Leroy.

Finora, PHANGS-ALMA ha studiato circa 100, 000 Oggetti simili alla Nebulosa di Orione nell'universo vicino. Si prevede che alla fine la campagna osserverà circa 300, 000 regioni di formazione stellare.