Un vivace vivaio stellare nella pittoresca Nebulosa di Orione sarà oggetto di studio per il James Webb Space Telescope della NASA, previsto per il lancio nel 2021. Un team guidato da Mark McCaughrean, lo scienziato interdisciplinare Webb per la formazione stellare, rileverà una regione interna della nebulosa chiamata Ammasso del Trapezio. Questo ammasso ospita un migliaio di giovani stelle, tutto stipato in uno spazio di soli 4 anni luce di diametro, circa la distanza dal nostro Sole ad Alpha Centauri.

"Questo è un luogo dove ci sono molte stelle molto giovani che hanno circa un milione di anni, " ha spiegato McCaughrean, che è anche Senior Advisor per la scienza e l'esplorazione dell'Agenzia spaziale europea. "Un milione di anni può non sembrare molto giovane, ma se il nostro sistema solare fosse una persona di mezza età, le stelle in questo ammasso sono solo bambini, tre o quattro giorni. Quindi ci sono ogni sorta di cose interessanti che accadono con loro che non vediamo nelle stelle più vecchie intorno a noi oggi. Siamo molto interessati a capire come si sviluppano le stelle e i loro sistemi planetari nelle primissime fasi".

Perché la Nebulosa di Orione? "Orione è la regione di formazione stellare massiccia più vicina al Sole, " ha detto McCaughrean. "Ci sono posti più vicini al Sole che hanno giovani, stelle di piccola massa, ma non ce ne sono di più vicini che abbiano sia grandi stelle che gli oggetti più piccoli."

McCaughrean e il suo team studieranno tre interessanti fenomeni nell'ammasso del trapezio. Primo, esamineranno la distribuzione delle masse di oggetti giovani in questo cluster. Prossimo, esamineranno le primissime fasi della formazione dei pianeti attorno alle giovani stelle dell'ammasso. Finalmente, il team studierà il materiale che molte delle giovani stelle stanno espellendo nei getti e nei deflussi. Le osservazioni fanno parte di un programma di osservazione del tempo garantito (GTO) concesso a McCaughrean a causa del suo ruolo di scienziato interdisciplinare Webb.

Ordinare le stelle e altri oggetti giovani

Oltre a esaminare le giovani stelle dell'ammasso, gli scienziati guarderanno corpi con masse al di sotto delle stelle, chiamate nane brune. Questi sono oggetti che si formano come stelle tramite il collasso gravitazionale di nubi di gas e polvere, ma poiché non hanno abbastanza materiale, non sviluppano mai le temperature e le pressioni al loro centro necessarie per fondere l'idrogeno.

Indagheranno anche su oggetti più piccoli, equivalente in massa a Giove o addirittura Saturno. Chiamato "fluttuante, oggetti di massa planetaria, Non sono in orbita attorno a una stella. È una questione aperta se si formino come fanno gli altri pianeti, accumulando gas e polvere da un disco protoplanetario rimasto dalla formazione stellare.

Un tale oggetto si è originariamente formato come un pianeta attorno a una stella, o si è formata dallo stesso gas e polvere da cui si sono formate le stelle, da solo? McCaughrean e il suo team stanno cercando di rispondere a questa domanda. "Possiamo trovare qualche tipo di caratteristica che questi oggetti di massa estremamente ridotta mostrano per aiutarci a capire se si sono formati in isolamento, o meglio si sono effettivamente formati come pianeti in orbita attorno alle stelle, e sono stato cacciato in una sorta di interazione?"

Gli scienziati useranno immagini Webb multicolori per trovare oggetti fino a masse molto basse e poi guarderanno quanti di questi oggetti ci sono in diverse categorie di massa, ad esempio, quanti sono come il Sole; quanti sono un decimo della massa del Sole; e quanti sono un centesimo della massa del Sole. Useranno anche Webb per analizzare le loro atmosfere. Queste informazioni diranno molto ai ricercatori su come devono essersi formati questi corpi e su come si evolveranno man mano che invecchieranno.

Studiare le sagome

Alcune stelle appena nate in questo vivaio sono circondate da dischi di gas e polvere che appaiono come sagome contro la nebulosa luminosa. Gli astronomi credono che i pianeti dovrebbero iniziare a formarsi all'interno di questi dischi. McCaughrean e il suo team utilizzeranno l'alta risoluzione di Webb, imaging a infrarossi per misurare le dimensioni di questi dischi. Confrontandole con le immagini visibili realizzate con il telescopio spaziale Hubble, il team apprenderà la composizione della polvere, che li aiuterà a comprendere le primissime fasi della formazione del pianeta.

Rilevamento dei getti e dei deflussi

Mentre le giovani stelle raccolgono materiale dal gas e dalla polvere che le circondano, la maggior parte espelle anche una frazione di quel materiale dalle loro regioni polari in getti e deflussi. Questo processo è parte integrante della formazione stellare. Perché la Nebulosa di Orione ospita molti, tante giovani stelle, ci sono molti getti e deflussi nella regione, sia grandi che piccoli. Il team utilizzerà Webb per misurare le strutture fini in questi deflussi e determinarne la velocità, oltre a valutare il loro feedback cumulativo sulle nuvole di formazione stellare circostanti.

Perché Webb?

Quando le stelle sono molto giovani, sono circondati dal gas e dalla polvere di cui sono fatti. La polvere assorbe la luce d'onda visibile e nasconde le stelle dietro uno schermo opaco. Ma la luce a lunga lunghezza d'onda può penetrare nella polvere, e quindi anche se gli astronomi non sono in grado di vedere le stelle in luce visibile, spesso sono ancora rilevabili nell'infrarosso.

Anche, quando gli oggetti sono giovani e ancora in formazione, non si scaldano particolarmente. Ciò significa che non brillano brillantemente nelle lunghezze d'onda visibili, ma invece emettono la maggior parte della loro luce nell'infrarosso. Studi all'infrarosso utilizzando telescopi terrestri hanno dimostrato che ci sono molte nane brune nell'ammasso del trapezio, ma non sono stati in grado di trovare oggetti giovani al di sotto della massa di circa tre Giove. Ci sono due ragioni per questo.

Primo, l'atmosfera terrestre tra la terra e gli oggetti studiati emette un bagliore luminoso nell'infrarosso. "In un modo, è un po' come cercare di fare l'astronomia delle lunghezze d'onda visibili durante il giorno, " ha spiegato McCaughrean. "Puoi vedere cose relativamente luminose contro quel bagliore, ma non puoi vedere cose molto deboli. Webb sarà al di sopra dell'atmosfera luminosa della Terra e lo renderà possibile".

La seconda ragione è che, a differenza dei telescopi terrestri, Webb stesso sarà molto freddo. "Gli esseri umani sono caldi e brillano nell'infrarosso; anche i telescopi terrestri brillano nell'infrarosso, " disse McCaughrean. "Quindi, quando arrivi a questi fantastici, oggetti di massa di tre Giove, quasi tutta la luce esce a lunghezze d'onda piuttosto lunghe dove il telescopio stesso emette un bagliore molto luminoso. Nello spazio, puoi raffreddare un telescopio fino a un punto in cui non brilla affatto a quelle lunghezze d'onda. E questo significa che all'improvviso dovresti essere in grado di vedere tutte queste novità, molto debole, oggetti giovani di massa estremamente ridotta, cose che non vedrai mai da terra."

Webb, un potente, telescopio spaziale infrarosso, sarà quindi unicamente in grado di studiare queste giovani stelle, nane brune, e oggetti di massa planetaria fluttuanti, così come i loro dischi protoplanetari, getti, e deflussi, in regioni come la Nebulosa di Orione.

Il James Webb Space Telescope sarà il principale osservatorio di scienze spaziali al mondo quando verrà lanciato nel 2021. Webb risolverà i misteri nel nostro sistema solare, guarda oltre a mondi lontani intorno ad altre stelle, e sondare le misteriose strutture e origini del nostro universo e il nostro posto in esso. Webb è un programma internazionale guidato dalla NASA con i suoi partner, ESA (Agenzia Spaziale Europea) e Agenzia Spaziale Canadese.