Utilizzando decine di migliaia di stelle osservate dalla sonda spaziale Gaia, gli astronomi di MPIA e Chalmers hanno rivelato le forme 3D di due grandi nubi molecolari che formano stelle, la California Cloud e la Orion A Cloud. Nelle immagini 2D convenzionali, appaiono strutturate in modo simile, contenenti filamenti di polvere e gas con densità apparentemente comparabili. In 3D, tuttavia, sembrano abbastanza distinti. In effetti, le loro densità sono molto più diverse di quanto suggerirebbero le loro immagini proiettate sul piano del cielo. Questo risultato risolve il mistero di lunga data del motivo per cui queste due nubi formano stelle a velocità diverse.

Le nubi cosmiche di gas e polvere sono i luoghi di nascita delle stelle. Più specificamente, le stelle si formano nelle tasche più dense di tale materiale. Le temperature scendono quasi allo zero assoluto e il gas densamente compresso collassa sotto il proprio peso, formando infine una stella. "La densità, la quantità di materia compressa in un dato volume, è una delle proprietà cruciali che determinano l'efficienza della formazione stellare", afferma Sara Rezaei Khoshbakht. È un'astronoma presso il Max Planck Insitute for Astronomy di Heidelberg, in Germania, e l'autrice principale di un nuovo articolo pubblicato su The Astrophysical Journal Letters oggi.

In uno studio pilota descritto in questo articolo, Sara Rezaei Khoshbakht e il coautore Jouni Kainulainen hanno applicato un metodo che consente loro di ricostruire le morfologie 3D delle nubi molecolari a due giganti nubi di formazione stellare. Kainulainen è uno scienziato presso la Chalmers University of Technology di Göteborg, in Svezia, che ha lavorato anche presso l'MPIA. I loro obiettivi erano l'Orion A Cloud e il California Cloud.

Di solito, misurare la densità all'interno delle nuvole è difficile. "Tutto ciò che vediamo quando osserviamo gli oggetti nello spazio è la loro proiezione bidimensionale su una sfera celeste immaginaria", spiega Jouni Kainulainen. È un esperto nell'interpretazione dell'influenza della materia cosmica sulla luce stellare e nel calcolo delle densità da tali dati. Kainulainen aggiunge:"Le osservazioni convenzionali mancano della profondità necessaria. Pertanto, l'unica densità che di solito possiamo dedurre da tali dati è la cosiddetta densità di colonna".

La densità della colonna è la massa aggiunta lungo una linea di vista divisa per la sezione trasversale proiettata. Quindi, quelle densità di colonna non riflettono necessariamente le densità effettive delle nubi molecolari, il che è problematico quando si mettono in relazione le proprietà delle nubi con l'attività di formazione stellare. In effetti, le immagini delle due nubi studiate in questo lavoro che mostrano l'emissione di polvere termica condividono apparentemente strutture e densità simili. Tuttavia, i loro tassi di formazione stellari molto diversi hanno lasciato perplessi gli astronomi per molti anni.

Invece, la nuova ricostruzione 3D ora mostra che quelle due nuvole non sono poi così simili. Nonostante l'aspetto filamentoso rappresentato dalle immagini 2D, il California Cloud è un foglio di materiale piatto e lungo quasi 500 anni luce con una grande bolla che si estende al di sotto. Non si può quindi attribuire alla California Cloud una sola distanza, che ha ripercussioni significative nell'interpretazione delle sue proprietà. Dal nostro punto di vista sulla Terra, è orientato quasi di taglio, il che simula solo una struttura filamentosa. Di conseguenza, la densità effettiva del foglio è molto inferiore a quella suggerita dalla densità della colonna, il che spiega la discrepanza tra le stime di densità precedenti e il tasso di formazione stellare della nuvola.

E che aspetto ha l'Orion A Cloud in 3D? Il team ha confermato la sua densa struttura filamentosa vista nelle immagini 2D. Tuttavia, la sua morfologia attuale differisce anche da quella che vediamo in 2D. Orione A è piuttosto complesso, con condensazioni aggiuntive lungo la cresta prominente di gas e polvere. In media, Orion A è molto più denso della California Cloud, il che spiega la sua attività di formazione stellare più pronunciata.

Sara Rezaei Khoshbakht, affiliata anche alla Chalmers University of Technology, ha sviluppato il metodo di ricostruzione 3D durante il suo dottorato di ricerca. presso MPIA. Implica l'analisi dell'alterazione della luce stellare quando passa attraverso quelle nubi di gas e polvere misurate dalla sonda spaziale Gaia e altri telescopi. Gaia è un progetto dell'Agenzia spaziale europea (ESA) il cui scopo principale è misurare con precisione le distanze di oltre un miliardo di stelle nella Via Lattea. Tali distanze sono cruciali per il metodo di ricostruzione 3D.

"Abbiamo analizzato e correlato in modo incrociato la luce di 160.000 e 60.000 stelle rispettivamente per le nuvole della California e di Orione A", afferma Sara Rezaei Khoshbakht. I due astronomi hanno ricostruito le morfologie e le densità delle nubi con una risoluzione di soli 15 anni luce. "Questo non è l'unico approccio utilizzato dagli astronomi per derivare le strutture spaziali delle nubi", aggiunge Rezaei Khosbakht. "Ma il nostro produce risultati robusti e affidabili senza artefatti numerici."

Questo studio dimostra il suo potenziale per migliorare la ricerca sulla formazione stellare nella Via Lattea aggiungendo una terza dimensione. "Penso che un risultato importante di questo lavoro sia che mette alla prova gli studi che si basano esclusivamente sulle soglie di densità delle colonne per derivare le proprietà della formazione stellare e confrontarle tra loro", conclude Sara Rezaei Khoshbakht.

Tuttavia, questo lavoro è solo il primo passo di ciò che gli astronomi vogliono ottenere. Sara Rezaei Khoshbakht persegue un progetto che alla fine produrrà la distribuzione spaziale della polvere nell'intera Via Lattea e scoprirà la sua connessione con la formazione stellare. + Esplora ulteriormente

Struttura della nube molecolare Orione A studiata in dettaglio