L’età precisa degli ammassi fossili

Un team internazionale di astronomi è riuscito a determinare l’età delle due principali classi di ammassi stellari che orbitano intorno alla maggior parte delle galassie. La formazione di questi ammassi (cluster) di stelle è stata datata a 12.5 e 11.5 miliardi di anni fa. La scoperta è stata realizzata utilizzando un nuovo metodo per determinare l’età media delle milioni di stelle dell’ammasso (a causa della grande distanza, le singole stelle sono distinguibili solo negli ammassi della nostra galassia, la Via Lattea) tramite la strumentazione del W. M. Keck Observatory, alle Hawaii. Come si può evincere dalle datazioni, entrambe le classi di ammassi stellari si sono formati pochi miliardi di anni dopo il Big Bang (13,7 miliardi di anni fa), ma le recenti misurazioni mostrano che questi cluster – ammassi globulari – sono in realtà un po’ più giovani di quanto si pensasse. Cosa sono? Si tratta di gruppi di milioni di stelle legate fra loro dalla gravità. Le galassie, inclusa la nostra Via Lattea, ospitano centinaia/migliaia ammassi globulari. Questi oggetti sono molto robusti e molti sono sopravvissuti per oltre 10 miliardi di anni, nonostante i vari eventi distruttivi che hanno interessato il nostro Universo. Nicola Pastorello, Ph.D candidate presso la Swinburne University of Technology in Australia, spiega a Media INAF: «Gli ammassi globulari che troviamo in quasi tutte le galassie molto massicce sono di due gruppi distinti (ricchi di elementi chimici pesanti/rossi o composti principalmente di elio e idrogeno/blu). Finora nessuno è ancora riuscito a proporre una teoria valida per giustificare la presenza di questa dualità. Una delle varie proposte è che i due tipi di ammassi si formino a diverse epoche, con quelli blue molto più vecchi e formati all’inizio della vita dell’Universo e quelli rossi formati qualche miliardo di anni dopo». Il ricercatore italiano (che ha studiato e lavorato anche a Padova) ha aggiunto: «Nel nostro studio riusciamo finalmente a misurare l’età media di questi due gruppi in una dozzina di galassie, trovando che hanno età simili tra loro (quindi si potrebbero essere formati insieme), e di qualche miliardo di anni più giovani di quello che si pensava». «Pensiamo che gli ammassi globulari si siano formati insieme alle galassie, e non prima», ha spiegato il primo autore dello studio Duncan Forbes, della Swinburne University of Technology. Le recenti stime sono state effettuate usando i dati raccolti nell’ambito della survey SLUGGS (SAGES Legacy Unifying Globulars and GalaxieS) e sfruttando lo spettrografo multi-oggetto DEIMOS montato sul telescopio di 10 metri Keck II: si tratta di uno strumento in grado di catturare lo spettro di cento ammassi globulari in una singola esposizione (e pensate che per raccogliere tutte le informazioni sono stati necessari anni di osservazioni). Dagli spettri ottenuti con DEIMOS, gli esperti sono risaliti alle età degli ammassi globulari mettendo a confronto la loro composizione chimica con quella dell’Universo. Jean Brodie ha spiegato: «Abbiamo determinato che gli ammassi globulari si sono formati in media circa 1,2 e 2,2 miliardi di anni dopo il Big Bang». Aaron Romanowsky ha aggiunto: «Le nostre misurazioni ci indicano che gli ammassi globulari sono riusciti a evitare il periodo che noi chiamiamo re-ionizzazione cosmica, quando l’Universo era immerso nelle radiazioni ultraviolette, che li avrebbe distrutti». Gli astronomi ora conoscono il momento (più o meno preciso) in cui questi cluster si sono formati. Il passo successivo è scoprire dove e come si sono formati ed è proprio questo il compito e l’obiettivo della survey SLUGGS.
di Eleonora Ferroni (INAF)

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Le antiche stelle-trottola di Omega Centauri

Negli ammassi globulari, enormi agglomerati  che contano centinaia di migliaia di stelle e dislocati nella nostra Galassia, esistono generazioni “multiple’’ di stelle, cronologicamente molto vicine, ma di composizione chimica profondamente diversa. In Omega Centauri, il più ricco e splendido tra gli oggetti celesti di questo tipo, è stata scoperta già da dieci anni la presenza di una generazione, composta da un gran numero di stelle, in cui la concentrazione di elio è assai maggiore di quella presente nella materia primordiale prodotta in seguito al Big Bang. Uno studio internazionale guidato da ricercatori INAF e pubblicato oggi in anteprima sul sito web della rivista Nature aggiunge nuovi e importanti risultati per ricostruire la storia della formazione di queste popolazioni “multiple” negli ammassi stellari. Dall’analisi capillare delle stelle calde di Omega Centauri osservate nell’ultravioletto con il telescopio spaziale Hubble delle agenzie spaziali NASA ed ESA, gli autori hanno mostrato come l’esistenza di questo gruppo implichi una rapidissima rotazione dei loro progenitori, contrariamente a quanto accade per le altre stelle. Queste stelle, dette “del blue hook”, appartengono a uno stadio evolutivo avanzato delle stelle super­-ricche d​i elio, ed alcune loro peculiarità indicano che si siano formate nel gas chimicamente anomalo, perso nei venti stellari dalle stelle primordiali, che si è accumulato nelle zone più centrali e dense dell’ammasso. Qui le stelle sono vicinissime tra loro e le perturbazioni gravitazionali, importanti soprattutto nelle prime fasi di evoluzione, possono distruggere l’esteso disco di accrescimento che solitamente accompagna la formazione stellare e che, come un giroscopio, stabilizza la stella neonata in lenta rotazione. «La frequenza degli incontri tra stelle e dischi protostellari alle alte densità stellari previste durante la formazione della ‘seconda generazione’ di astri in Omega Centauri, è alta» spiega Marco Tailo, studente di Dottorato presso l’Università “La Sapienza’’ di Roma e associato INAF, primo autore della lettera. «Se la perdita del disco avviene nel primo milione di anni di vita della stella, quando è ancora estesa e poco densa, la sua successiva contrazione la fa accelerare fino a velocità di rotazione così alte da modificarne sensibilmente l’evoluzione successiva, quella che oggi la fa diventare una delle anomale stelle del blue hook». Gruppi italiani, a Padova e Bologna, hanno la leadership della ricerca osservativa nello studio delle popolazioni multiple degli ammassi globulari. Francesca D’Antona, corresponding author della lettera e associata INAF, spiega che «il gruppo dell’INAF-Osservatorio Astronomico di Roma ha avuto un ruolo predominante nello studio dei modelli stellari per la formazione delle anomalie chimiche nelle popolazioni multiple e nel predire la presenza di popolazioni con alta concentrazione di elio. Quest’ultimo lavoro è stato possibile unendo sinergicamente le competenze nel calcolo di modelli stellari di Paolo Ventura e del suo team, presso l’INAF-Osservatorio Astronomico di Roma, con quelle nel calcolo di modelli dinamici delle stelle degli ammassi di Enrico Vesperini all’Università dell’Indiana».
di Marco Galliani (INAF)

 

Ammasso globulare Liller 1

Un gruppo di scienziati ha osservato nel dettaglio un ammasso di stelle pesantemente oscurato dalle polveri presenti nella nostra Galassia. Si tratta di un ammasso globulare, un ambiente in cui le stelle sono così densamente distribuite da rendere estremamente probabile la collisione di stelle. «È un po’ come un tavolo da biliardo stellare, in cui la probabilità di collisione dipende dalla dimensione del tavolo e dal numero di palle che esso contiene», ha detto Francesco R. Ferraro dell’Università di Bologna, uno dei membri del team che ha effettuato le osservazioni. L’ammasso di stelle, conosciuto con il nome di Liller 1, è un obiettivo difficile da studiare, in parte a causa della sua distanza e poi perché si trova vicino al centro della Via Lattea (a circa 3.200 anni luce di distanza dal centro, per la precisione), dove l’oscuramento dovuto alle polveri è molto alto. L’immagine ad altissima risoluzione dell’ammasso rivela un vasto agglomerato di stelle, che gli scienziati hanno stimato contenere una massa di almeno 1.5 milioni di soli, valori molto simili ai più imponenti ammassi globulari nella nostra Galassia, Omega Centauri e Terzan 5. «Anche se la nostra galassia contiene circa 200 miliardi di stelle, c’è tanto spazio vuoto tra una strella e l’altra e quindi sono rari i luoghi in cui possono scontrarsi», ha dichiarato Douglas Geisler, principal investigator della proposta osservativa e ricercatore presso l’Università di Concepcion, in Cile. «Le regioni centrali e sovraffollate degli ammassi globulari mostrano invece condizioni favorevoli. I dati che abbiamo raccolto confermano che Liller 1 è uno dei migliori ambienti della nostra Galassia per osservare collisioni stellari». Il team guidato da Geisler è specializzato nello studio degli ammassi globulari vicini al centro della Via Lattea, mentre quello guidato da Ferraro è esperto nell’analisi dei dati infrarossi degli ammassi globulari. I due gruppi hanno lavorato insieme per ottenere osservazioni dettagliate di Liller 1. Liller 1 è una sfera compatta di stelle, ovvero un ammasso globulare. Gli ammassi globulari orbitano in un grande alone intorno al centro della nostra Galassia e molti degli ammassi globulari più vicini sono oggetti spettacolari, anche osservati con piccoli telescopi o binocoli. «Questo non è particolarmente spettacolare, è così oscurato dal materiale nel bulge centrale della nostra galassia da risultare quasi completamente invisibile ai nostri occhi», ha osservato Sara Saracino dell’Università di Bologna, autore principale dell’articolo apparso sulla rivista The Astrophysical Journal. Liller 1 si trova a quasi 30.000 anni luce dalla Terra, in una delle regioni più inaccessibili della nostra Galassia, dove spesse nubi di polvere impediscono alla luce visibile di emergere. «Solo la radiazione infrarossa può viaggiare attraverso queste nubi e fornirci informazioni dirette sulle stelle che compongono l’ammasso», ha commentato Emanuele Dalessandro dell’Università di Bologna. Le osservazioni dell’ammasso Liller 1 sono state realizzate con il potente sistema di ottica adattiva del telescopio Gemini South presso il Gemini Observatory in Cile. Il gioiello della tecnica GeMS (ovvero il “Gemini Multi-conjugate adaptive optics System”), in combinazione con la potente camera a infrarossi Gemini South Adaptive Optics Imager, è stato in grado di penetrare la fitta nebbia che circonda Liller 1 e di fornire agli astronomi una veduta senza precedenti del suo sistema di stelle. Ciò è stato reso possibile grazie alla combinazione di due caratteristiche specifiche di GeMS: innanzitutto la possibilità di operare a lunghezze d’onda nel vicino infrarosso (soprattutto nella banda K); in secondo luogo, l’utilizzo di una tecnica innovativa e rivoluzionaria in grado di rimuovere le distorsioni delle immagini astronomiche dovute alla turbolenza atmosferica. Per compensare gli effetti di degradazione delle immagini dovute all’atmosfera terrestre, il sistema GeMS utilizza tre stelle guida, una costellazione di cinque stelle guida laser, e numerosi specchi deformabili. La correzione è così raffinata che questo sistema permette agli astronomi di raccogliere immagini di nitidezza senza precedenti. Nei dati migliori raccolti in banda K, le immagini di Liller 1 hanno una risoluzione angolare di soli 75 millesimi di arcosecondo, di poco superiore al limite teorico dello specchio da 8 metri di Gemini (noto come il limite di diffrazione). Ciò significa che GeMS ha effettuato correzioni quasi perfette alle distorsioni atmosferiche. Queste immagini sono paragonabili, in nitidezza, a quelle raccolte dal telescopio spaziale Hubble a lunghezze d’onda infrarosse. Nel confronto, però, hanno un grande vantaggio: un’area di raccolta molto più grande (lo specchio del telescopio Gemini Sud ha un diametro di 8 metri, a fronte di un specchio da 2.4 metri a bordo del telescopio spaziale Hubble). Le osservazioni che verranno realizzate con questo progetto hanno come obiettivo anche molti altri ammassi globulari. I risultati ottenuti su Liller 1 hanno incoraggiato il team ad espandere la loro collaborazione e sono al lavoro sugli altri ammassi, che promettono di offrire risultati ancora più emozionanti.

Contesto scientifico: collisioni stellari

Le collisioni stellari sono estremamente importanti, poiché possono fornire la chiave per comprendere l’origine di quegli oggetti esotici che non possono essere spiegati con l’evoluzione di singole stelle. Quasi scontri (quasi) frontali, in cui le stelle si fondono mescolando il loro combustibile e ri-alimentando la fusione nucleare, sembrano ad esempio essere all’origine delle cosiddette Blu Straggler, stelle più calde rispetto alla media dell’ammasso a cui appartengono. Ma le collisioni possono avvenire anche nei sistemi binari, con un restringimento del sistema rispetto alle sue dimensioni iniziali, che può favorire l’interazione tra le due componenti e produrre una varietà di oggetti come binarie X di piccola massa, pulsar al millisecondo, etc. In particolare le pulsar al millisecondo sono – secondo la teoria attualmente più accreditata – vecchie stelle di neutroni accelerate a periodi di rotazione del millisecondo attraverso l’accrescimento di materia, e prevedono quindi la presenza di una compagna. Si sospetta che Liller 1 ospiti una vasta popolazione di questi oggetti esotici. Sebbene nessuna pulsar al millisecondo sia stata direttamente osservata fino ad ora, si ritiene che vi sia una grande popolazione nascosta all’interno dell’ammasso, perché questa spiegherebbe l’emissione di raggi gamma rilevata, la più intensa osservata finora per un ammasso globulare. «Le nostre osservazioni confermano che Liller 1 è uno dei migliori “laboratori” in cui studiare l’impatto delle dinamiche di un ammasso globulare sull’evoluzione stellare: si apre la possibilità per una sorta di studio di “sociologia stellare», volto a misurare la reciproca influenza tra le stelle quando sono costrette a vivere in condizioni di affollamento estremo», conclude Ferraro.
di Elisa Nichelli (INAF)

 

L’ammasso globulare 47 Tucanae

Il telescopio spaziale Hubble di NASA/ESA, ormai 25 enne, continua instancabile a regalarci immagini mozzafiato, come questa che vedete qui a fianco che ritrae l’ammasso globulare NGC 104, meglio conosciuto come 47 TucanaeSi tratta di uno degli ammassi globulari più grandi conosciuti, nonché il più brillante dopo Omega Centauri. Per la prima volta gli astronomi sono riusciti a censire migliaia e migliaia di giovani nane bianche che hanno iniziato la loro “migrazione” dall’affollato centro del cluster verso la periferia. Le nane bianche sono costrette ad uscire dal denso centro dell’ammasso a causa delle interazioni gravitazionali con stelle più massicce. Ricordiamo che le nane bianche sono stelle che hanno completato il processo di fusione dell’idrogeno in elio, e non avendo più “carburante” vanno inesorabili verso la loro fine. Nonostante ciò, anche se le nane bianche hanno esaurito il combustibile a idrogeno che le fa brillare, i loro nuclei caldi rimangono esposti, il che le rende molto luminose se osservate con la luce ultravioletta. E solo Hubble – dalla sua posizione privilegiata a quasi 600 chilometri di distanza dalla superficie terrestre – può rilevare queste stelle perché la luce ultravioletta è bloccata dalla nostra atmosfera e quindi non raggiunge i telescopi a terra. Usando Hubble gli esperti hanno tracciato la posizione di ben 3000 nane bianche in questo ammasso globulare. Un fitto sciame di puntini luminosi e freddi nella Via Lattea. 47 Tucanae si trova, infatti, nella Costellazione del Tucano, a 13400 anni luce dal Sistema solare, ma è abbastanza luminoso da poter essere visto anche ad occhio nudo dalla Terra. «Prima di tutto abbiamo visto l’immagine finale: nane bianche che sono emigrate verso orbite più lontane al di fuori del nucleo», ha spiegato Jeremy Heyl della University of British Columbia, in Canada, primo autore dello studio pubblicato su The Astrophysical Journal. «Questa ricerca comprende circa un quarto di tutte le ‘giovani’ nane bianche del cluster, ma in realtà abbiamo catturato le stelle nel processo di migrazione verso l’esterno e la loro distribuzione in base alla massa». Il risultato ottenuto è stato tramite la funzionalità a ultravioletto della Wide Field Camera 3 montata su Hubble e gli astronomi sono riusciti a rintracciare diverse popolazioni di nane bianche di età diverse, stimate attraverso i colori delle stelle stesse. Tramite il colore è possibile stabilirne anche la temperatura. Un gruppo di sei milioni di anni stelle ha appena iniziato il suo viaggio dal centro del cluster, mentre un’altra popolazione di nane bianche ha circa 100 milioni di anni ed è già arrivata nella sua nuova posizione, a 1,5 anni luce dal suo punto di partenza. «Prima di diventare nane bianche, le stelle che stanno migrando sono state tra le più massicce del cluster, più o meno massiccio come il Sole», ha spiegato la co-autrice del paper Elisa Antolini dell’Università degli Studi di Perugia. «Sapevamo che con la perdita di massa si sarebbe verificata una migrazione verso l’esterno. Per questo non è stata una sorpresa. Ciò che, invece, ci ha sbalordito è che le nane bianche più giovani nane bianche hanno appena intrapreso il loro viaggio. Questa potrebbe essere la prova che le stelle perdono gran parte della loro massa in una fase successiva della loro vita, il che è una scoperta emozionante». Circa 100 milioni di anni prima che stelle diventino nane bianche, queste si gonfiano entrando nella fase di giganti rosse. Finora molti astronomi hanno ritenuto che le stelle perdevano la maggior parte della loro massa proprio in questa fase. Ma è evidente che se così fosse le stelle verrebbero espulse dal centro dell’ammasso globulare nella fase di gigante rossa. Con il nuovo studio, infatti, questa teoria è stata ribaltata: «Le nostre osservazioni con Hubble hanno condotto a nane bianche che hanno appena iniziato la loro migrazione verso orbite più ampie», ha spiegato Harvey Richer, ricercatore anche lui presso la University of British Columbia. «Questo rivela che la migrazione delle stelle dal centro e la perdita della loro massa cominciano più tardi nella vita della stella rispetto a quello che si è sempre pensato. Queste nane bianche perdono una grande quantità di massa appena prima di diventare nane bianche e non durante la fase di giganti rosse». Cosa vuole dire? I nuovi risultati implicano che le stelle in realtà perdono dal 40 al 50 per cento della loro massa “soli” 10 milioni di anni prima di diventare delle nane bianche.
di Eleonora Ferroni (INAF)

Il lato oscuro degli ammassi

Gli ammassi globulari sono enormi sfere di migliaia di stelle, in orbita intorno alla maggior parte delle galassie. Sono tra i sistemi stellari più vecchi che si conoscano nell’Universo e sono sopravvissuti per la maggior parte dell’arco della crescita ed evoluzione delle galassie. Matt Taylor, studente di dottorato presso la Pontificia Universidad Catolica de Chile, a Santiago in Cile, e titolare di una borsa dell’ESO è il primo autore di questo nuovo lavoro. Egli descrive il caso: “Gli ammassi globulari e le stelle che li compongono sono la chiave per capire la formazione e l’evoluzione delle galassie. Per decenni gli astronomi hanno pensato che le stelle che formavano un dato ammasso globulare condividessero età di formazione e composizione chimica – ma ora sappiamo che sono creature più strane e più complicate“. La galassia ellittica Centauro A (nota anche come NGC 5128) è la galassia gigante più vicina alla Via Lattea e si sospetta che contenga almeno 2000 ammassi globulari. Molti di questi sono più brillanti e più massicci dei circa 150 in orbita nella Via Lattea. Matt Taylor e il suo gruppo hanno eseguito lo studio finora più dettagliato di un campione di 125 ammassi globulari intorno a Centauro A usando lo strumento FLAMES sul VLT (Very Large Telescope) dell’ESO all’Osservatorio del Paranal nel Cile settentrionale (fino ad oggi gli astronomi hanno studiato con questo dettaglio solo ammassi stellari nel Gruppo Locale. Le distanze relativamente piccole rendono possibili misure dirette delle loro masse. Osservando NGC 5128, che è una galassia ellittica isolata e massiccia appena fuori dal Gruppo Locale, a circa 12 milioni di anni luce di distanza, sono stati in grado di stimare le masse degli ammassi globulari in un ambiente completamente diverso, spingendo VLT/FLAMES ai suoi limiti). Hanno sfruttato queste osservazioni per derivare la massa degli ammassi e confrontare i risultati con la luminosità di ciascuno di essi. Per la maggioranza degli ammassi della nuova ricerca, i più brillanti avevano anche una massa maggiore, come ci si aspettava: se un ammasso contiene più stelle ha una luminosità totale maggiore e una massa maggiore. Ma per alcuni degli ammassi globulari si vedeva qualcosa di strano: erano molte volte più massicci di quello che avrebbero dovuto essere. E, più strano ancora, più massicci erano e maggiore era la frazione di materia che non emette luce. Qualcosa in questi ammassi era scuro, nascosto e massiccio. Ma cosa? C’erano diverse possibilità. Forse l’ammasso oscuro contiene dei buchi neri, o altri resti stellari oscuri nel nucleo? Questo potrebbe spiegare parte della massa nascosta, ma l’equipe di lavoro ha concluso che ci deve essere qualcos’altro. Che dire della materia oscura? Gli ammassi globulari sono considerati quasi privi di questa sostanza misteriosa ma forse, per qualche ragione ancora sconosciuta, alcuni ammassi hanno mantenuto quantità significative di materia oscura nel centro. Questo spiegherebbe le osservazioni, ma non rientra nelle teorie convenzionali. Il coautore Thomas Puzia aggiunge: “La nostra scoperta di ammassi stellari con masse inaspettatamente alte rispetto alla quantità di stelle che contengono suggerisce che ci possano essere diverse famiglie di ammassi globulari, con diverse storie di formazione. Apparentemente alcuni ammassi stellari hanno lo stesso aspetto, si muovono nello stesso modo e e hanno lo stesso odore dei soliti ammassi globulari, ma ci potrebbe essere letteralmente molto più di ciò che si vede!“. Questi oggetti sono ancora un mistero. L’equipe è impegnata anche su una survey più ampia di ammassi globulari in altre galassie e stanno arrivando i primi indizi che questi ammassi scuri si trovino anche altrove. Matt Taylor riassume la situazione: “Siamo inciampati in una nuova e misteriosa classe di ammassi stellari! Questo mostra che abbiamo ancora molto da imparare su tutti gli aspetti della formazione degli ammassi globulari. È un risultato importante e ora dobbiamo trovare altri esempi di questi ammassi scuri intorno ad altre galassie
Comunicato ESO

Il Jurassic Park degli ammassi globulari

Gli ammassi globulari – scintillanti gruppi sferoidali di stelle, comprendenti fino a un milione di partecipanti legati da vincoli attrattivi – sono tra i più antichi oggetti dell’universo. Benché se ne trovino in abbondanza dentro e attorno a molte galassie, gli scienziati ancora non conoscono come effettivamente vengano convocati questi raduni gravitazionali, ovvero quali siano le condizioni necessarie alla creazione di nuovi ammassi globulari.
Un gruppo di astronomi, utilizzando il radiotelescopio Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) in Cile, ha ora scoperto quello che potrebbe essere il primo esempio conosciuto di un ammasso globulare in procinto di formarsi: una nube di gas molecolare incredibilmente pesante, estremamente densa, ma completamente priva di stelle.
«Potremmo essere testimoni di una delle più antiche ed estreme modalità di formazione stellare nell’universo», ha detto Kelsey Johnson, astronomo presso l’Università della Virginia e principale autore di uno studio in via di pubblicazione su Astrophysical Journal. «Questo notevole oggetto sembra come provenire direttamente dall’universo primordiale: scoprire qualcosa che ha tutte le caratteristiche di un ammasso globulare, ma che non ha ancora iniziato a formare stelle, è come trovare un uovo di dinosauro che sta per schiudersi».
Questo oggetto, che gli astronomi chiamano scherzosamente Firecracker (“il petardo”), si trova a circa 50 milioni di anni luce di distanza dalla Terra, rincantucciato tra una famosa coppia di galassie interagenti, note come le Antenne. Le forze di marea, generate dal processo di fusione in corso fra queste galassie, innescano formazione stellare a tutto spiano; formazione che si verifica in gran parte all’interno di densi ammassi.
Ciò che rende il Firecracker unico, però, è la sua straordinaria massa, le dimensioni relativamente piccole e l’apparente mancanza di stelle. Tutti gli altri ammassi globulari analoghi che gli astronomi hanno osservato fino ad oggi sono già popolati di stelle. Il calore e la radiazione emanati da queste stelle hanno notevolmente modificato l’ambiente circostante, rendendo difficile ricostruirlo per come doveva apparire nei suoi più freddi e tranquilli inizi. Grazie ad ALMA, gli astronomi sono stati in grado di trovare e studiare in dettaglio un esempio incontaminato di tale incubatore stellare, facendosi un’idea delle condizioni che possono aver portato alla formazione di molti, se non tutti, gli ammassi globulari.
«Fino ad ora, nubi di questo potenziale sono state viste solo nella loro fase adolescenziale, quando la proliferazione stellare era già cominciata. Per capire come si forma un ammasso globulare, è però necessario poter vedere la sua infanzia», ha sintetizzato Johnson.
La maggior parte degli ammassi globulari si sono formati durante un vero e proprio “baby boom” avvenuto circa 12 miliardi di anni fa. Era l’epoca in cui si formavano le galassie, impacchettando fittamente fino a un milione di stelle di “seconda generazione”, ovvero quelle stelle con concentrazioni estremamente basse di metalli pesanti, indicanti una loro precoce comparsa nel palcoscenico cosmico.
Nella Via Lattea sono conosciuti almeno 150 ammassi globulari, anche se potrebbero essercene molti di più. In tutto l’universo sono tuttora in via di formazione ammassi stellari di varie dimensioni. Secondo gli scienziati, è possibile, anche se sempre più improbabile, che i più grandi e più densi di questi diventino nel tempo degli ammassi globulari.
«Per un vigoroso ammasso di giovani stelle, le probabilità di rimanere intatto sono molto basse: circa l’uno per cento. Diverse forze esterne e interne tendono a rompere questi oggetti, sia formando ammassi aperti come le Pleiadi, che disintegrandosi completamente per diventare parte dell’alone galattico», ha spiegato Johnson.
Gli autori del nuovo studio ritengono, tuttavia, che l’oggetto osservato con ALMA, contenente 50 milioni di volte la massa del Sole in gas molecolare, sia sufficientemente denso per avere buone chances di diventare uno dei fortunati.
Gli ammassi globulari si evolvono assai rapidamente dal loro stadio embrionale privo di stelle, in meno di un milione di anni. Ciò significa che l’oggetto scoperto da ALMA sta attraversando una fase molto particolare della sua vita, offrendo agli astronomi un’occasione unica per studiare una componente importante dell’universo primordiale.
Nell’esplorare le galassie Antenne, Johnson ei suoi colleghi hanno osservato la debole emissione dovuta alle molecole di monossido di carbonio, che ha permesso loro di vedere e determinare le caratteristiche delle singole nubi di polveri e gas. La totale mancanza di emissione termica – il segnale rivelatore di gas riscaldato da stelle vicine – conferma che questo oggetto appena scoperto è ancora nel suo stato originario.
I dati di ALMA indicano anche che la nube Firecracker è sottoposta a una pressione estrema, circa 10.000 volte maggiore delle pressioni tipiche interstellari. Questa evidenza fornisce sostegno a teorie precedenti secondo cui per la formazione di ammassi globulari sono richieste alte pressioni.
Secondo i ricercatori, ulteriori studi con ALMA possono rivelare esempi di proto super-ammassi di stelle nelle galassie Antenne e in altre galassie interagenti, mettendo in luce le origini di questi antichi oggetti e il ruolo che svolgono nella evoluzione galattica.
di Stefano Parisini (INAF)

Il cluster ribelle e fuori posto

Sembra proprio che l’ammasso stellare Kim 2 abbia perso la strada per casa, come un cucciolo smarrito che cerca il padrone. Un gruppo di astronomi guidato da Dongwon Kim, dell’Australian National University (ANU), ha scoperto un piccolo e distante agglomerato di stelle che sembra stranamente fuori posto. Kim 2 è stato localizzato ai confini estremi della nostra galassia, la Via Lattea, proprio dove gli esperti non hanno mai osservato un cluster così piccolo. La scoperta è stata fatta nell’ambito della Stromlo Milky Way Satellite Survey portata avanti dall’ANU. «La luce di questo ammasso è tenue, molto tenue», ha detto Kim «ed è 10 volte più distante rispetto alla media degli altri ammassi stellari nell’alone che circonda la Via Lattea», ha aggiunto Dougal Mackey. Pensate agli ammassi globulari come a delle città sferiche di stelle che formano un vasto ed esteso alone intorno al nucleo della nostra galassia: i cluster più luminosi possono essere facilmente osservati con i telescopi amatoriali. Tuttavia, per scoprire Kim 2 è stato necessario usare diversi tra i più grandi e potenti telescopi al mondo. Il piccolo ammasso Kim 2 è stato localizzato utilizzando la Dark Energy Camera (DECam) montato sul Blanco Telescope (4 metri) del Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO) in Cile. «Questa scoperta getta nuova luce sulla formazione ed evoluzione della Via Lattea», ha detto Daniel Evans, direttore del programma della National Science Foundation per il Gemini Observatory. «E’ bello vedere così tanti telescopi che si uniscono per produrre questo risultato, come anche lo stesso Gemini Observatory con la sua incredibile potenza». Le osservazioni ultra-profonde effettuate con lo spettrografo Gemini Multi-Object (in modalità di imaging) hanno confermato che il nuovo ammasso globulare è uno dei meno visibili tra quelli mai trovati nella Via Lattea. Altri sette ammassi globulari sono relativamente poco luminosi, ma questo è decisamente il più lontano mai osservato sul bordo della nostra galassia. Kim 2 ha da 10 a 20 volte meno stelle rispetto a qualsiasi altro ammasso nell’alone esterno. Inoltre, la densità delle sue stelle è meno della metà se paragonato agli altri ammassi nella stessa gamma di luminosità. L’esistenza del cluster è stata confermata per la prima volta studiando un’area di 500 gradi quadrati osservata con la DECam. «Questi oggetti sono otticamente sfuggente per essere visto ad occhio nudo», ha sottolineato Helmut Jerjen. Nell’immagine sopra, le stelle del cluster appaiono come piccoli spruzzi di vernice «e si guarda attraverso loro senza notarle affatto. Si nascondono nel mare di stelle della Via Lattea. I programmi informatici sofisticati sono i nostri strumenti per trovarle», ha aggiunto. Le immagini mostrano la prova di una significativa perdita di massa nel corso della storia di Kim 2. Le simulazioni al computer prevedono che, in conseguenza della loro evoluzione nel corso di molti miliardi di anni, tra cui la lenta perdita di alcune stelle a causa della forza gravitazionale della Via Lattea, ammassi stellari simili dovrebbero organizzarsi in modo tale che le loro stelle più massicce si concentrino verso il centro. «Questa ‘segregazione di massa’ è stata difficile da osservare, soprattutto in cluster di massa bassa, ma i dati raccolti da Gemini hanno rivelato che Kim 2 sembra aver perso molta della sua massa iniziale», ha aggiunto Gary Da Costa. Cosa capiamo da questo? Un numero considerevole di ammassi globulari di bassa luminosità esisteva già quando la galassia era giovane, ma la maggior parte di loro potrebbe essere evaporata a causa di complessi processi dinamici interni. Allora perché Kim 2 è sopravvissuto senza scomparire nel nulla? Uno scenario possibile è che Kim 2 non sia in realtà un vero e proprio membro della famiglia globulare della Via Lattea, ma un ammasso di stelle originariamente situato in una galassia nana satellite che poi in seguito è stato assorbito dall’alone della Via Lattea. A supporto di questa ipotesi gli esperti hanno detto che le stelle di Kim 2 sembrano più ricche di elementi più pesanti rispetto agli altri ammassi globulari nell’alone esterno e sono relativamente più giovani rispetto ai più antichi ammassi globulari della Via Lattea. Kim 2, quindi, sarebbe sfuggito alll’influenza distruttiva delle forze mareali della Via Lattea, sopravvivendo fino all’epoca attuale. La scoperta di Kim 2 ci suggerisce che c’è ancora un elevato numero di oggetti astronomici interessanti da scoprire nell’emisfero australe ed è proprio questo l’obiettivo dei ricercatori che lavorano alla Stromlo Milky Way Satellite Survey.
di Eleonora Ferroni (INAF)

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