In un vicino vivaio stellare chiamato Nebulosa di Orione, giovane, stelle massicce emettono luce ultravioletta sulla nube di polvere e gas da cui sono nate. Questo intenso flusso di radiazioni sta distruggendo violentemente la nuvola rompendo le molecole, ionizzando atomi e molecole spogliando i loro elettroni, e riscaldando il gas e la polvere. Un team internazionale che utilizza il telescopio spaziale James Webb della NASA, il cui lancio è previsto per ottobre, studierà una porzione della nube irradiata chiamata Orion Bar per saperne di più sull'influenza che le stelle massicce hanno sui loro ambienti, e persino sulla formazione del nostro sistema solare.

"Il fatto che le stelle massicce modellano la struttura delle galassie attraverso le loro esplosioni come supernova è noto da molto tempo. Ma ciò che le persone hanno scoperto più di recente è che anche le stelle massicce influenzano i loro ambienti non solo come supernova, ma attraverso i loro venti e le radiazioni durante la loro vita, " ha detto uno dei principali investigatori della squadra, Olivier Berne, ricercatore presso il Centro nazionale francese per la ricerca scientifica a Tolosa.

Perché il Bar di Orione?

Anche se potrebbe sembrare un abbeveratoio del venerdì sera, la barra di Orione è in realtà una caratteristica simile a una cresta di gas e polvere all'interno della spettacolare Nebulosa di Orione. Poco più di 1, 300 anni luce di distanza, questa nebulosa è la regione di formazione stellare massiccia più vicina al Sole. L'Orion Bar è scolpito dall'intensa radiazione proveniente dalle vicinanze, piccante, giovani stelle, e a prima vista sembra avere la forma di un bar. È una "regione di fotodissociazione, " o PDR, dove la luce ultravioletta dai giovani, stelle massicce creano un ambiente prevalentemente neutro, ma caldo, area di gas e polvere tra il gas completamente ionizzato che circonda le stelle massicce e le nuvole in cui sono nate. Questa radiazione ultravioletta influenza fortemente la chimica dei gas di queste regioni e agisce come la più importante fonte di calore.

I PDR si verificano dove il gas interstellare è abbastanza denso e freddo da rimanere neutrale, ma non abbastanza densa da impedire la penetrazione della luce ultravioletta lontana da stelle massicce. Le emissioni di queste regioni forniscono uno strumento unico per studiare i processi fisici e chimici che sono importanti per la maggior parte della massa tra e intorno alle stelle. I processi di radiazione e distruzione delle nubi guidano l'evoluzione della materia interstellare nella nostra galassia e in tutto l'universo dalla prima era della vigorosa formazione stellare fino ai giorni nostri.

"L'Orion Bar è probabilmente il prototipo di un PDR, " ha spiegato Els Peeters, un altro dei principali investigatori della squadra. Peeters è professore alla University of Western Ontario e membro del SETI Institute. "È stato ampiamente studiato, quindi è ben caratterizzato. è molto vicino, ed è davvero visto al limite. Ciò significa che puoi sondare le diverse regioni di transizione. E poiché è vicino, questa transizione da una regione all'altra è spazialmente distinta se si dispone di un telescopio con un'elevata risoluzione spaziale".

L'Orion Bar è rappresentativo di quelle che gli scienziati pensano fossero le dure condizioni fisiche dei PDR nell'universo miliardi di anni fa. "Crediamo che in questo momento, avevi "Nebulose di Orione" ovunque nell'universo, in molte galassie, " ha detto Berné. "Pensiamo che possa essere rappresentativo delle condizioni fisiche in termini di campo di radiazione ultravioletta in quelle che vengono chiamate "galassie starburst", ' che dominano l'era della formazione stellare, quando l'universo aveva circa la metà della sua età attuale."

La formazione di sistemi planetari in regioni interstellari irradiate da giovani stelle massicce rimane una questione aperta. Osservazioni dettagliate permetterebbero agli astronomi di comprendere l'impatto della radiazione ultravioletta sulla massa e sulla composizione di stelle e pianeti di nuova formazione.

In particolare, studi sui meteoriti suggeriscono che il sistema solare si sia formato in una regione simile alla Nebulosa di Orione. Osservare l'Orion Bar è un modo per comprendere il nostro passato. Serve come modello per conoscere le primissime fasi della formazione del sistema solare.

Come una torta a strati nello spazio

I PDR sono stati a lungo considerati regioni omogenee di gas caldo e polvere. Ora gli scienziati sanno che sono molto stratificati, come una torta a strati. In realtà, l'Orion Bar non è affatto un "bar". Anziché, contiene molte strutture e quattro zone distinte. Questi sono:

• La zona molecolare, una regione fredda e densa dove il gas è sotto forma di molecole e dove potrebbero formarsi le stelle;
• Il fronte della dissociazione, dove le molecole si rompono in atomi all'aumentare della temperatura;
• Il fronte di ionizzazione, dove il gas è privato degli elettroni, diventando ionizzato, quando la temperatura aumenta drasticamente;
• Il flusso di gas completamente ionizzato in una regione atomica, idrogeno ionizzato.

"Con Webb, saremo in grado di separare e studiare le condizioni fisiche delle diverse regioni, che sono completamente diversi, " ha detto Emilie Habart, un altro dei principali investigatori della squadra. Habart è uno scienziato dell'Istituto francese di astrofisica spaziale e docente presso l'Università Paris-Saclay. "Studiamo il passaggio dalle regioni molto calde a quelle molto fredde. Questa è la prima volta che saremo in grado di farlo".

Il fenomeno di queste zone è molto simile a quello che accade con il calore di un camino. Mentre ti allontani dal fuoco, la temperatura scende. Allo stesso modo, il campo di radiazione cambia con la distanza da una stella massiccia. Nello stesso modo, la composizione del materiale cambia a diverse distanze da quella stella. Con Webb, gli scienziati per la prima volta risolveranno ogni singola regione all'interno di quella struttura a strati nell'infrarosso e la caratterizzeranno completamente.

Preparare la strada per osservazioni future

Queste osservazioni faranno parte del programma Discretionary-Early Release Science del direttore, che fornisce tempo di osservazione a progetti selezionati all'inizio della missione del telescopio. Questo programma consente alla comunità astronomica di apprendere rapidamente come utilizzare al meglio le capacità di Webb, producendo anche una scienza robusta.

Uno degli obiettivi del lavoro dell'Orion Bar è identificare le caratteristiche che serviranno da modello per studi futuri di PDR più distanti. A distanze maggiori, le diverse zone potrebbero sfocarsi insieme. Le informazioni della barra di Orione saranno utili per interpretare quei dati. Le osservazioni dell'Orion Bar saranno disponibili alla più ampia comunità scientifica subito dopo la loro raccolta.

"La maggior parte della luce che riceviamo da galassie molto lontane proviene dalle 'Nebulose di Orione' situate in queste galassie, " ha spiegato Berné. "Quindi ha molto senso osservare in grande dettaglio la Nebulosa di Orione che è vicino a noi per poi capire le emissioni provenienti da queste galassie molto lontane che contengono molte regioni simili a Orione al loro interno".

Possibile solo con Webb

Con la sua posizione nello spazio, capacità a infrarossi, sensibilità, e risoluzione spaziale, Webb offre un'opportunità unica per studiare l'Orion Bar. Il team esaminerà questa regione utilizzando le fotocamere e gli spettrografi di Webb.

"È davvero la prima volta che abbiamo una copertura della lunghezza d'onda e una risoluzione angolare così buone, " ha detto Berné. "Siamo molto interessati alla spettroscopia perché è lì che vedi tutte le 'impronte digitali' che ti danno informazioni dettagliate sulle condizioni fisiche. Ma vogliamo anche che le immagini vedano la struttura e l'organizzazione della materia. Quando si combinano la spettroscopia e l'imaging in questa gamma di infrarossi unica, ottieni tutte le informazioni di cui hai bisogno per fare la scienza che ci interessa."