Con l'aiuto di osservazioni dettagliate, gli astronomi sono riusciti a ottenere un primo scorcio rappresentativo delle numerose giovani stelle nelle regioni centrali della nostra galassia natale. Le osservazioni forniscono prove che la formazione stellare nel centro galattico sia iniziata vicino al centro e poi si sia fatta strada verso l'esterno. Ciò conferma una modalità di formazione stellare che era stata precedentemente trovata al centro di altre galassie lontane. I risultati rivelano anche che la maggior parte delle stelle in quella regione non si sono formate in ammassi massicci strettamente legati, ma in associazioni sciolte le cui stelle membri hanno da tempo preso strade separate. I risultati sono stati pubblicati su Nature Astronomy .

Quando si tratta di stelle, la regione centrale della nostra galassia natale, la Via Lattea, è considerevolmente più affollata di altre parti della nostra galassia. Gli astronomi sperano da tempo che questo potrebbe fornire loro un laboratorio per studiare la rapida formazione stellare, un fenomeno che si verifica in numerose altre galassie, e in particolare durante i primi miliardi di anni della storia cosmica. Ma l'affollamento rende notoriamente difficili da osservare le stelle nella regione centrale.

Ora, una nuova analisi basata su un'indagine a infrarossi ad alta risoluzione, appena pubblicata su Nature Astronomy , fornisce una prima ricostruzione rappresentativa della storia della formazione stellare nella regione centrale galattica. Mostra anche che la maggior parte delle giovani stelle nel centro galattico non si è formata in ammassi massicci strettamente collegati, ma in associazioni stellari lasse, che si sono disperse negli ultimi milioni di anni.

Galassie produttive e improduttive

La nostra Via Lattea non è una galassia molto produttiva. Nel loro insieme, le nuove stelle che la nostra galassia natale forma in un anno ammontano a non più di poche masse solari. Le cosiddette "galassie a scoppio stellare" sono molto più efficaci:durante brevi episodi che durano alcuni milioni di anni, producono decine o addirittura centinaia di masse solari per un valore di stelle all'anno! Più in generale, 10 miliardi di anni fa, quel tipo di alto tasso di formazione, con decine di masse solari prodotte ogni anno, sembra essere stato la norma tra le galassie.

Gli astronomi usano abitualmente la Via Lattea per conoscere le proprietà delle galassie in generale. Dopotutto, la Via Lattea è l'unica galassia in cui abbiamo una vista dal lato dell'anello e possiamo studiare processi e proprietà da vicino, in dettaglio. Data la bassa efficienza di formazione stellare della Via Lattea, si potrebbe pensare che la formazione stellare ad alta produttività sia un'area in cui questa ricetta (studiare localmente ciò che accade anche nelle galassie lontane) non funziona. Ma vi sbagliereste:nelle regioni centrali della Via Lattea, corrispondenti ai circa 1300 anni luce centrali intorno al buco nero centrale della nostra galassia, i tassi di formazione stellare negli ultimi 100 milioni di anni sono stati dieci volte superiori alla media. Il nucleo della nostra galassia è produttivo come una galassia stellata o come le galassie iperproduttive di 10 miliardi di anni fa.

Le sfide dell'osservazione delle regioni centrali galattiche

Ma se vogliamo conoscere la formazione stellare ad alta produttività dalle regioni centrali della nostra galassia, c'è una sfida:queste regioni sono notoriamente difficili da osservare. Per cominciare, visti dalla Terra, sono nascosti dietro abbondanti quantità di polvere. Ma quel problema è prontamente risolto:usa l'infrarosso, l'onda millimetrica o le osservazioni radio. A quelle lunghezze d'onda, la luce passerà attraverso la polvere, permettendoci di vedere il centro galattico. È così che i gruppi di Andrea Ghez e di Reinhard Genzel hanno eseguito le loro osservazioni vincitrici del Premio Nobel di stelle in orbita attorno al buco nero centrale della nostra galassia (vicino infrarosso), e come la Event Horizon Collaboration ha prodotto la prima immagine dell'ombra del buco nero centrale della nostra galassia buco nero (onde millimetriche a 1,3 mm).

Con quel primo problema risolto arriva il successivo:il centro galattico è così affollato di stelle che è difficile distinguere una stella dall'altra. L'eccezione sono alcune stelle giganti molto luminose, che sono particolarmente luminose, si distinguono dalla massa e quindi possono essere separate dal resto relativamente facilmente. Questo problema ha irritato per anni gli astronomi che cercavano di dare un senso alla formazione stellare ad alta produttività nel centro galattico. Che ci sia stata una tale formazione stellare negli ultimi 1-10 milioni di anni non è in discussione:la presenza di idrogeno gassoso diviso nei suoi componenti (ionizzati) dalla luce ultravioletta di stelle giovani e calde e la presenza di raggi X caratteristici di alcuni tipi di stelle giovani e molto massicce, lo attesta.

Ma con il problema dell'affollamento, la domanda "... allora dove sono le giovani stelle risultanti?" è stato difficile rispondere. Prima della nuova analisi qui descritta, gli astronomi avevano trovato solo circa il 10% della massa stellare totale prevista nel centro galattico, in due enormi ammassi stellari e sotto forma di poche giovani stelle isolate. Allora dov'erano tutte le altre stelle e quali erano le loro proprietà?

Un censimento stellare da un sondaggio dettagliato

Questa era la domanda che si ponevano gli autori del documento appena pubblicato. Francisco Nogueras-Lara, un ricercatore Humboldt indipendente nel gruppo Lise Meitner di Nadine Neumayer al Max Planck Institute for Astronomy, e il loro collega Rainer Schödel presso l'Instituto de Astrofísica de Andalucía a Granada, in Spagna, erano in una posizione unica per andare sul ritrovamento delle giovani stelle scomparse nel centro galattico:Schödel è il principale investigatore (PI) di GALACTICNUCLEUS:un'indagine che ha utilizzato la fotocamera a infrarossi HAWK-I del Very Large Telescope (VLT) dell'European Southern Observatory per acquisire quasi 150 immagini (nelle bande infrarosse J, H e Ks) della regione centrale della Via Lattea, che coprono un'area totale di 64.000 anni luce quadrati attorno al centro galattico.

Nogueras-Lara ha preso il comando nella ricerca. Per identificare le singole stelle in una regione affollata, ciò che serve è la risoluzione, la capacità di distinguere piccoli dettagli nel cielo. Il VLT è composto da telescopi con specchi da 8 metri. Con un metodo noto come imaging olografico, che combina diverse immagini a breve esposizione in un modo adeguato per mitigare gli effetti di sfocatura dell'atmosfera terrestre, l'indagine è riuscita a mappare la sua regione bersaglio con dettagli molto più fini che mai (con una risoluzione di 0,2 secondi d'arco ). Laddove in precedenza erano state mappate solo alcune manciate di stelle, GALACTICNUCLEUS ha fornito dati individuali per 3 milioni.

Mappatura di 3 milioni di singole stelle nel centro galattico

Quando i ricercatori hanno esaminato le immagini (in falsi colori) dell'indagine GALACTICNUCLEUS, hanno immediatamente notato che la regione nel centro galattico nota come Sagittarius B1 era diversa. Contiene considerevolmente più stelle giovani, che ionizzano il gas circostante, rispetto ad altre regioni, un effetto che non è stato una sorpresa:osservazioni precedenti, in particolare della luce caratteristica dell'idrogeno gassoso ionizzato dalle stelle calde, lo avevano indicato. Con le osservazioni GALACTICNUCLEUS altamente risolte, Nogueras-Lara ei suoi colleghi sono stati ora, per la prima volta, in grado di studiare in dettaglio le stelle della regione.

Anche con la loro indagine ad alta risoluzione, gli astronomi potevano studiare solo stelle giganti individualmente (non le cosiddette stelle della sequenza principale come il nostro Sole), ma i dati dei 3 milioni di stelle che potevano studiare separatamente contenevano già una grande quantità di informazioni. In particolare, gli astronomi sono riusciti a dedurre la luminosità di ciascuna stella, compensando l'attenuazione dovuta alla polvere tra noi e una determinata stella. Tutte le stelle del Sagittario B1 sono all'incirca alla stessa distanza dalla Terra e la distanza dalla Terra al centro galattico è nota; date queste informazioni, gli astronomi sono stati in grado di ricostruire la luminosità di ciascuna stella, la luminosità intrinseca, corrispondente alla quantità di luce emessa da una stella per unità di tempo.

Ricostruire la storia della formazione stellare nel centro galattico

Particolarmente interessante è stata la distribuzione statistica della luminosità stellare per quelle stelle:quante stelle c'erano in ciascuna "fascia di luminosità". Per le stelle che si formano contemporaneamente, la distribuzione della luminosità cambia nel tempo in modo regolare e prevedibile. A sua volta, data una tale distribuzione, è possibile dedurre almeno una storia approssimativa della formazione stellare:quante stelle si sono formate più di circa 7 miliardi di anni fa? Quanti nella fascia intermedia tra circa 2 e circa 7 miliardi di anni? Quanti molto più recentemente? La distribuzione della luminosità fornisce almeno una risposta statistica:la più probabile storia di formazione stellare.

Quando Nogueras-Lara, Neumayer e Schödel hanno analizzato la loro distribuzione della luminosità, hanno scoperto che in effetti c'erano state diverse fasi di formazione stellare nel Sagittario B1:una popolazione più antica formatasi tra 2 e 7 miliardi di anni fa e una vasta popolazione di stelle molto più giovani , solo 10 milioni di anni o addirittura più giovane. Nogueras-Lara afferma:"Il nostro studio rappresenta un grande passo avanti nella ricerca delle giovani stelle nel centro galattico. Le giovani stelle che abbiamo trovato hanno una massa totale di oltre 400.000 masse solari. Questo è quasi dieci volte superiore alla massa combinata di i due enormi ammassi stellari precedentemente conosciuti nella regione centrale."

Stelle costruttive nella regione centrale, al rovescio

È interessante notare che le stelle che i ricercatori hanno trovato in Sagittario B1 sono disperse e non fanno parte di un ammasso massiccio. Ciò suggerisce che siano nate in una o più associazioni stellari più sciolte, meno strettamente legate dalla gravità reciproca delle stelle, che poi si sono rapidamente dissolte mentre orbitano attorno al centro galattico su scale di diversi milioni di anni, lasciandosi dietro molte stelle separate. E mentre questo risultato si riferisce al Sagittario B1 per cominciare, potrebbe anche spiegare molto più in generale perché le giovani stelle nel centro galattico possono essere trovate solo da studi ad alta risoluzione come il presente lavoro:sono nate in associazioni sciolte che da allora dispersi in stelle separate.

Interessante anche la presenza della più antica popolazione di stelle in Sagittario B1. Nelle regioni più interne del centro galattico ci sono stelle più vecchie di 7 miliardi di anni, ma praticamente nessuna stella nella fascia di età intermedia da 2 a 7 miliardi di anni. Ciò potrebbe indicare che la formazione stellare nella regione centrale è iniziata nella regione più interna e poi si è diffusa nelle regioni esterne, fornendo una tendenza generale per la cronologia della formazione stellare in quelle regioni. Per altre galassie, questo meccanismo al rovescio per costruire il cosiddetto disco nucleare, un disco su piccola scala fatto di stelle che circondano il centro galattico, era già stato osservato. I nuovi risultati indicano che la stessa cosa sta accadendo nella regione centrale della nostra galassia natale.

Passaggi successivi

Per quanto convincenti siano già le prove delle immagini a infrarossi, sia per la ricostruzione della storia della formazione stellare che per l'andamento generale della formazione stellare, gli astronomi sono ansiosi di mettere le loro deduzioni su basi ancora più solide. A tal fine, Nogueras-Lara e i suoi colleghi hanno in programma di seguire le loro osservazioni con lo strumento KMOS al VLT, uno spettrografo ad alta precisione. Nel presente studio, le deduzioni sono state effettuate in base alla distribuzione della luminosità complessiva. Le osservazioni spettrali permetterebbero agli astronomi di identificare direttamente alcune delle stelle molto giovani, dall'aspetto dei loro spettri. Sarebbe un importante controllo incrociato sui risultati ora pubblicati.

Inoltre, gli astronomi seguiranno i movimenti delle stelle appena scoperte nel cielo ("moto proprio"). Vicino al centro galattico, le stelle si muovono relativamente velocemente. Ecco perché, anche se queste stelle si trovano a una distanza di circa 26.000 anni luce dalla Terra, osservazioni approfondite nel corso di pochi anni saranno in grado di misurare i loro cambiamenti di posizione. Le stelle che si sono formate in una stessa associazione stellare si disperdono nel tempo, è probabile che il loro movimento sia ancora molto simile, quindi tracciare il movimento corretto consentirebbe di deduzioni sul fatto che le stelle del Sagittario B1 siano effettivamente nate in una o più associazioni sciolte.

In conclusione, Nadine Neumayer afferma:"Entrambi i tipi di misurazioni serviranno, si spera, a confermare, ma sicuramente a perfezionare, i risultati del lavoro ora pubblicato. Allo stesso tempo, noi e i nostri colleghi inizieremo a esplorare quali sono le nuove intuizioni sulla formazione stellare nel centro galattico può dirci della formazione stellare ad alta produttività in altre galassie". + Esplora ulteriormente

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