Secondo i modelli cosmologici più diffusi, le prime galassie iniziarono a formarsi tra 13 e 14 miliardi di anni fa. Nel corso dei prossimi miliardi di anni, le strutture cosmiche ora osservate sono emerse per prime. Questi includono cose come ammassi di galassie, superammassi e filamenti, ma anche caratteristiche galattiche come ammassi globulari, rigonfiamenti galattici, e buchi neri supermassicci (SMBH).

Però, come organismi viventi, le galassie hanno continuato ad evolversi da allora. Infatti, nel corso della loro vita, le galassie accrescono ed espellono massa continuamente. In un recente studio, un team internazionale di astronomi ha calcolato il tasso di afflusso e deflusso di materiale per la Via Lattea. Poi la brava gente di Astrobites ha dato una buona analisi e ha mostrato quanto sia rilevante per la nostra comprensione della formazione e dell'evoluzione galattica.

Lo studio è stato condotto dall'astronomo dell'ESA Dr. Andrew J. Fox e ha incluso membri del gruppo di ricerca sulla Via Lattea Halo dello Space Telescope Science Institute (STScI), l'Associazione delle Università per la Ricerca in Astronomia (AURA) dell'ESA, e più università. Sulla base di studi precedenti, hanno esaminato la velocità con cui il gas fluisce dentro e fuori la Via Lattea dalle nuvole ad alta velocità (HVC) circostanti.

Poiché la disponibilità di materiale è fondamentale per la formazione stellare in una galassia, conoscere la velocità con cui viene aggiunto e perso è importante per capire come si evolvono le galassie nel tempo. E come ha riassunto Michael Foley di Astrobites, caratterizzare le velocità con cui il materiale viene aggiunto alle galassie è fondamentale per comprendere i dettagli di questo modello di "fontana galattica".

In accordo con questo modello, le stelle più massicce di una galassia producono venti stellari che spingono il materiale fuori dal disco galattico. Quando diventano una supernova verso la fine della loro vita, allo stesso modo cacciano via la maggior parte del loro materiale. Questo materiale poi ricade nel disco nel tempo, fornendo materiale per la formazione di nuove stelle.

"Questi processi sono noti collettivamente come feedback stellare, e sono responsabili di respingere il gas fuori dalla Via Lattea, "disse Foley. "In altre parole, la Via Lattea non è un lago di materiale isolato; è un serbatoio che guadagna e perde costantemente gas a causa della gravità e del feedback stellare".

Inoltre, studi recenti hanno dimostrato che la formazione stellare può essere strettamente correlata alle dimensioni del buco nero supermassiccio (SMBH) nel nucleo di una galassia. Fondamentalmente, Le PMI emettono un'enorme quantità di energia che può riscaldare il gas e la polvere che circondano il nucleo, che gli impedisce di aggregarsi efficacemente e di subire un collasso gravitazionale per formare nuove stelle.

Come tale, la velocità con cui il materiale fluisce dentro e fuori una galassia è la chiave per determinare la velocità di formazione stellare. Per calcolare la velocità con cui ciò accade per la Via Lattea, Il Dr. Fox ei suoi colleghi hanno consultato dati provenienti da più fonti. Il Dr. Fox ha detto a Universe Today via e-mail:

"Abbiamo estratto l'archivio. La NASA e l'ESA mantengono archivi ben curati di tutti i dati del telescopio spaziale Hubble, e abbiamo ripercorso tutte le osservazioni dei quasar di fondo scattate con il Cosmic Origins Spectrograph (COS), uno spettrografo sensibile su Hubble che può essere utilizzato per analizzare la luce ultravioletta da sorgenti lontane. Abbiamo trovato 270 di questi quasar. Primo, abbiamo usato queste osservazioni per creare un catalogo di nubi di gas in rapido movimento note come nubi ad alta velocità (HVC). Quindi abbiamo ideato un metodo per suddividere gli HVC in popolazioni in entrata e in uscita utilizzando lo spostamento Doppler".

Inoltre, uno studio recente ha mostrato che la Via Lattea ha vissuto un periodo di letargo circa 7 miliardi di anni fa, che durò per circa 2 miliardi di anni. Questo è stato il risultato di onde d'urto che hanno causato il riscaldamento delle nubi di gas interstellari, che ha temporaneamente interrotto il flusso di gas freddo nella nostra galassia. Col tempo, il gas si è raffreddato e ha ripreso a fluire, innescando un secondo ciclo di formazione stellare.

Dopo aver esaminato tutti i dati, Fox e i suoi colleghi sono stati in grado di porre dei vincoli al tasso di afflusso e deflusso per la Via Lattea:

"Dopo aver confrontato i tassi di gas in entrata e in uscita, abbiamo riscontrato un eccesso di afflusso, che è una buona notizia per la futura formazione stellare nella nostra galassia, poiché c'è molto gas che può essere convertito in stelle e pianeti. Abbiamo misurato circa 0,5 masse solari all'anno di afflusso e 0,16 masse solari all'anno di deflusso, quindi c'è un afflusso netto."

Però, come indicato da Foley, Si ritiene che gli HVC vivano per periodi di circa 100 milioni di anni circa. Di conseguenza, non ci si può aspettare che questo afflusso netto duri indefinitamente. "Finalmente, ignorano gli HVC che risiedono in strutture (come le Bolle di Fermi) che non tracciano il gas in entrata o in uscita, " Aggiunge.

Dal 2010, gli astronomi sono stati a conoscenza delle misteriose strutture che emergono dal centro della nostra galassia conosciute come Fermi Bubbles. Queste strutture simili a bolle si estendono per migliaia di anni luce e si pensa che siano il risultato del consumo di gas interstellare da parte di SMBH e dell'emissione di raggi gamma.

Però, Intanto, i risultati forniscono nuove informazioni su come si formano ed evolvono le galassie. Lo studio rafforza anche il nuovo caso fatto per "accrescimento a flusso freddo, " una teoria originariamente proposta dal Prof. Avishai Dekel e dai colleghi del Racah Institute of Physics dell'Università Ebraica di Gerusalemme per spiegare come le galassie accumulano gas dallo spazio circostante durante la loro formazione.

"Questi risultati mostrano che le galassie come la Via Lattea non si evolvono in uno stato stazionario, "Il dottor Fox ha riassunto. "Invece si accumulano e perdono gas in modo episodico. È un ciclo di boom e contrazione:quando arriva il gas, si possono formare più stelle, ma se entra troppo gas, può innescare uno starburst così intenso da spazzare via tutto il gas rimanente, spegnendo la formazione stellare. Così, l'equilibrio tra afflusso e deflusso regola la quantità di formazione stellare che avviene. I nostri nuovi risultati aiutano a illuminare questo processo".

Un altro aspetto interessante da questo studio è il fatto che ciò che vale per la nostra Via Lattea vale anche per i sistemi stellari. Ad esempio, anche il nostro sistema solare è soggetto nel tempo all'afflusso e al deflusso di materiale. Oggetti come "Oumuamua e il più recente 2I/Borisov confermano che asteroidi e comete vengono espulsi dai sistemi stellari e raccolti regolarmente da altri.

Ma che dire di gas e polvere? Il nostro sistema solare e (per estensione) il pianeta Terra stanno perdendo o ingrassando nel tempo? E cosa potrebbe significare questo per il futuro del nostro sistema e del nostro pianeta? Per esempio, l'astrofisico e autore Brian Koberlein ha affrontato quest'ultimo problema nel 2015 sul suo sito web. Usando l'allora recente pioggia di meteoriti dei Gemelli come esempio, scrisse:

"Infatti, da osservazioni satellitari di scie meteoriche, si stima che circa 100-300 tonnellate (tonnellate) di materiale colpiscano la Terra ogni giorno. Che aggiunge fino a circa 30, da 000 a 100, 000 tonnellate all'anno. Potrebbe sembrare molto, ma oltre un milione di anni, ciò ammonterebbe solo a meno di un miliardesimo di punto percentuale della massa totale della Terra".

Però, mentre continua a spiegare, Anche la Terra perde regolarmente massa attraverso una serie di processi. Questi includono il decadimento radioattivo del materiale nella crosta terrestre, che porta all'energia e alle particelle subatomiche (alfa, beta e raggi gamma) che lasciano il nostro pianeta. Un secondo è la perdita atmosferica, in cui gas come l'idrogeno e l'elio si perdono nello spazio. Insieme, questi si sommano ad una perdita di circa 110, 000 tonnellate all'anno.

Sulla superficie, questa sembrerebbe una perdita netta di circa 10, 000 o più tonnellate all'anno. Cosa c'è di più, il microbiologo/comunicatore scientifico Dr. Chris Smith e il fisico di Cambridge Dave Ansell hanno stimato nel 2012 che la Terra guadagna 40, 000 tonnellate di polvere all'anno dallo spazio, mentre perde 90, 000 all'anno attraverso processi atmosferici e altri.

Quindi potrebbe essere possibile che la Terra stia diventando più leggera a una velocità di 10, 000 a 50, 000 tonnellate all'anno. Però, la velocità con cui viene aggiunto il materiale non è ben vincolata a questo punto, quindi è possibile che stiamo andando in pareggio (sebbene la possibilità che la Terra stia guadagnando massa sembra improbabile). Per quanto riguarda il nostro sistema solare, la situazione è simile. Da una parte, gas interstellare e polvere fluiscono continuamente.

D'altra parte, anche il nostro sole, che rappresenta il 99,86 percento della massa del sistema solare, sta perdendo massa nel tempo. Utilizzando i dati raccolti dalla sonda MESSENGER della NASA, un team di ricercatori della NASA e del MIT ha concluso che il sole sta perdendo massa a causa del vento solare e dei processi interni. Secondo Chiedi a un astronomo, questo sta accadendo ad una velocità di 1.3245 x 10 ¹⁵ tonnellate all'anno, anche se il sole si espande simultaneamente.

Questo è un numero impressionante, ma il sole ha una massa di circa 1,9885×10 ²⁷ tonnellate. Quindi non scomparirà presto. Ma mentre perde massa, la sua influenza gravitazionale sulla Terra e sugli altri pianeti diminuirà. Però, quando il nostro sole raggiunge la fine della sua sequenza principale, si espanderà notevolmente e potrebbe benissimo ingoiare Mercurio, Venere, Terra e persino Marte completamente.

Quindi, mentre la nostra galassia potrebbe guadagnare massa nel prossimo futuro, sembra che il nostro sole e la stessa Terra stiano lentamente perdendo massa. Questa non dovrebbe essere vista come una cattiva notizia, ma ha implicazioni a lungo termine. Intanto, è un po' incoraggiante sapere che anche gli oggetti più antichi e massicci dell'universo sono soggetti a cambiamenti come le creature viventi.

Sia che si parli di pianeti, stelle, o galassie, sono nati, vivono e muoiono. E in mezzo, ci si può fidare di mettere su o perdere qualche chilo. Il cerchio della vita, giocato su scala cosmica.