Per comprendere meglio la storia e l'evoluzione della Via Lattea, gli astronomi stanno studiando la composizione dei gas e dei metalli che costituiscono una parte importante della nostra galassia. Spiccano tre elementi principali:il gas iniziale proveniente dall'esterno della nostra galassia, il gas tra le stelle all'interno della nostra galassia -arricchito di elementi chimici-, e la polvere creata dalla condensazione dei metalli presenti in questo gas.

Fino ad ora, i modelli teorici ipotizzavano che questi tre elementi fossero omogeneamente mescolati in tutta la Via Lattea e raggiungessero un livello di arricchimento chimico simile all'atmosfera solare, chiamata metallicità solare. Oggi, un team di astronomi dell'Università di Ginevra (UNIGE) dimostra che questi gas non sono miscelati tanto quanto si pensava in precedenza, che ha un forte impatto sull'attuale comprensione dell'evoluzione delle galassie. Di conseguenza, le simulazioni dell'evoluzione della Via Lattea dovranno essere modificate. Questi risultati possono essere letti sulla rivista Natura .

Le galassie sono costituite da un insieme di stelle e sono formate dalla condensazione del gas del mezzo intergalattico composto principalmente da idrogeno e un po' di elio. Questo gas non contiene metalli a differenza del gas delle galassie:in astronomia, tutti gli elementi chimici più pesanti dell'elio sono chiamati collettivamente metalli, sebbene siano atomi in forma gassosa.

"Le galassie sono alimentate da gas 'vergine' che cade dall'esterno, che li ringiovanisce e permette la formazione di nuove stelle, " spiega Annalisa De Cia, professore nel Dipartimento di Astronomia della Facoltà di Scienze dell'UNIGE e primo autore dello studio. Allo stesso tempo, le stelle bruciano l'idrogeno che le costituisce per tutta la loro vita e formano altri elementi attraverso la nucleosintesi. Quando una stella che ha raggiunto la fine della sua vita esplode, espelle i metalli che ha prodotto, come il ferro, zinco, carbonio e silicio, alimentando questi elementi nel gas della galassia. Questi atomi possono quindi condensarsi in polvere, soprattutto al freddo, parti più dense della galassia. "Inizialmente, quando si formò la Via Lattea, più di 10 miliardi di anni fa, non aveva metalli. Poi le stelle arricchirono gradualmente l'ambiente con i metalli che producevano, " continua il ricercatore. Quando la quantità di metalli in questo gas raggiunge il livello che è presente nel sole, gli astronomi parlano di metallicità solare.

Un ambiente poco omogeneo

L'ambiente che compone la Via Lattea riunisce così i metalli prodotti dalle stelle, le particelle di polvere che si sono formate da questi metalli, ma anche gas dall'esterno della galassia che vi entrano regolarmente. "Fino ad ora, i modelli teorici consideravano che questi tre elementi fossero omogeneamente mescolati e raggiungessero la composizione solare ovunque nella nostra galassia, con un leggero aumento di metallicità al centro, dove le stelle sono più numerose, " spiega Patrick Petitjean, ricercatore presso l'Institut d'Astrophysique de Paris, Università della Sorbona. "Volevamo osservarlo in dettaglio utilizzando uno spettrografo ultravioletto sul telescopio spaziale Hubble".

La spettroscopia consente di separare la luce delle stelle nei suoi singoli colori o frequenze, un po' come un prisma o in un arcobaleno. In questa luce scomposta, gli astronomi sono particolarmente interessati alle righe di assorbimento:"Quando osserviamo una stella, i metalli che compongono il gas tra la stella e noi assorbono in modo caratteristico una piccolissima parte della luce, a una frequenza specifica, che ci permette non solo di identificare la loro presenza, ma anche per dire di che metallo si tratta, e quanto è abbondante, " lui continua.

Un nuovo metodo sviluppato per osservare la totale metallicità

Per 25 ore, il team di scienziati ha osservato l'atmosfera di 25 stelle utilizzando Hubble e il Very Large Telescope (VLT) in Cile. Il problema? La polvere non si può contare con questi spettrografi, anche se contiene metalli. Il team di Annalisa De Cia ha quindi sviluppato una nuova tecnica osservativa. "Si tratta di prendere in considerazione la composizione totale del gas e della polvere osservando contemporaneamente diversi elementi come il ferro, zinco, titanio, silicio e ossigeno, "Spiega il ricercatore ginevrino. "Poi possiamo tracciare la quantità di metalli presenti nella polvere e aggiungerla a quella già quantificata dalle osservazioni precedenti per ottenere il totale".

Grazie a questa doppia tecnica di osservazione, gli astronomi hanno scoperto che non solo l'ambiente della Via Lattea non è omogeneo, ma che alcune delle aree studiate raggiungono solo il 10% della metallicità solare. "Questa scoperta gioca un ruolo chiave nella progettazione di modelli teorici sulla formazione e l'evoluzione delle galassie, " dice Jens-Kristian Krogager, ricercatore presso il Dipartimento di Astronomia dell'UNIGE. "Da ora in poi, dovremo affinare le simulazioni aumentando la risoluzione, in modo da poter includere questi cambiamenti nella metallicità in diversi punti della Via Lattea".

Questi risultati hanno un forte impatto sulla nostra comprensione dell'evoluzione delle galassie e della nostra in particolare. Infatti, i metalli giocano un ruolo fondamentale nella formazione delle stelle, polvere cosmica, molecole e pianeti. E ora sappiamo che oggi potrebbero formarsi nuove stelle e nuovi pianeti da gas con composizioni molto diverse.