le stelle massicce sono più del previsto, alcune con masse di 300 soli


Un gruppo di astronomi ha scoperto che sia alcune galassie “starburst” nell’universo primordiale che una regione di formazione stellare in una galassia vicina contengono una frazione di stelle massicce molto più alta di quella che si trova in galassie più tranquille. Questa scoperta mina le teorie attuali su come si siano evolute le galassie, cambiando la nostra comprensione della storia di formazione stellare e della produzione degli elementi chimici.

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Rappresentazione artistica di una galassia “starburst”.

Un gruppo di scienziati, con a capo l’astronomo Zhi-Yu Zhang dell’Università di Edimburgo, ha usato il telescopio Alma per studiare l’universo remoto, e in particolare stimare la proporzione di stelle massicce in quattro galassie di tipo “starburst”(1) lontane e ricche di gas. Queste galassie vengono viste quando l’universo era molto più giovane di adesso, così che è improbabile che le galassie neonate abbiano già subìto molti episodi di formazione stellare, che potrebbero altrimenti confondere i risultati.

Zhang e il suo gruppo hanno sviluppato una nuova tecnica – analoga alla datazione al radiocarbonio(2)(nota anche come metodo del Carbonio-14) – per misurare l’abbondanza di diversi tipi di monossido di carbonio in quattro galassie starburst molto distanti e avvolte dalla polvere. Hanno osservato il rapporto tra due tipi di monossido di carbonio che contengono diversi isotopi (3).

«Gli isotopi di carbonio e di ossigeno hanno origini diverse», spiega Zhang. «18O  (Ossigeno-18, ndr)  è prodotto soprattutto nelle stelle massicce, mentre 13C (Carbonio-13, ndr) viene prodotto soprattutto nelle stelle piccole o intermedie». Grazie alla nuova tecnica, l’equipe ha potuto scrutare attraverso la polvere di queste galassie e per la prima volta stabilire la massa delle stelle.

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Questa rappresentazione artistica mostra un galassia polverosa nell’Universo remoto che sta formando stelle a un tasso molto superiore della Via Lattea. Nuove osservazioni con ALMA hanno permesso di sollevare il velo di polvere e vedere cose precedertemente inaccessibili – per esempio che questi starburst hanno un eccesso di stelle massicce rispetto a galassie più tranquille.

La massa di una stella è il fattore principale che ne determina l’evoluzione. Le stelle massicce brillano intensamente e vivono vite brevi, mentre quelle meno massicce, come il Sole, hanno una luminosità più modesta, ma durano miliardi di anni. Conoscere la proporzione di stelle di massa diversa che si formano in una galassia, perciò, è alla base della comprensione della formazione ed evoluzione delle galassie in tutta la storia dell’Universo. 

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Le galassie dell’Universo primordiale vengono osservate nella loro giovinezza e perciò hanno storie di formazione stellare relativamente brevi e tranquiille. Ciò le rende un laboratorio ideale per studiare le prime epoche di formazione stellare. Ma c’è il rovescio della medaglia: spesso queste galassie sono avvolte da veli di polvere che schermano la luce e rendono più difficoltosa la corretta interpretazione dei dati osservativi.

Di conseguenza, ci fornisce indizi cruciali sugli elementi chimici disponibili per formare nuove stelle e pianeti e, in definitiva, il numero di buchi neri “seme” che possono fondersi per formare i buchi neri supermassicci che vediamo oggi nel centro di molte galassie.

Donatella Romano, dell’Inaf-Osservatorio di astrofisica e scienza dello spazio di Bologna, spiega cos’hanno trovato: «Il rapporto tra 18O e 13C era circa dieci volte più alto in queste galassie starburst nell’universo primordiale che nelle galassie come la Via Lattea, indicando che all’interno di queste galassie starburst si trova una proporzione decisamente maggiore di stelle massicce».

La scoperta di Alma viene corroborata da un’altra scoperta nell’Universo locale. Un gruppo di scienziati, con a capo Fabian Schneider dell’Università di Oxford, Regno Unito, ha effettuto misure spettroscopiche con il Vlt (Very Large Telescope) dell’Eso di circa 800 stelle nella zona di formazione stellare 30 Doradus, nella Grande Nube di Magellano, con lo scopo di studiare la distribuzione globale delle età stellari e della loro massa iniziale 4.

Schneider spiega: «Abbiamo trovato circa il 30 per cento in più del previsto di stelle con masse oltre le 30 volte la massa del Sole e circa il 70 per cento in più del previsto sopra le 60 masse solari. I nostri risultati sono una sfida al precedente limite di 150 masse solari per il massimo della massa iniziale delle stelle e suggeriscono addirittura che le stelle possano avere masse iniziali fino a 300 masse solari!»

Rob Ivison, coautore del nuovo articolo con i dati di Alma, conclude: «I nostri risultati ci portano a mettere in discussione la nostra comprensione della storia cosmica. Gli astronomi che costruiscono modelli dell’Universo devono tornare a pensare e progettare modelli, con un maggior grado di sofisticazione».

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Osservazioni ALMA di quattro galassie “starburst” distanti.
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Questa gigantesca zona di formazione stellare nella Grande Nube di Magellano, una vicina dellla Via Lattea, è il luogo di nascita di un incredibile numero di stelle massicce, alcune delle quali potrebbero avere una massa fino a 300 masse solari.

Leggi su Nature l’articolo “Stellar populations dominated by massive stars in dusty starburst galaxies across cosmic time“.


Note:

 [1] Le galassie starburst sono galassie che stanno vivendo una fase di foramzione stellare molto intensa. Il tasso a cui formano stelle può essere 100 volte maggiore del tasso nella nostra galassia, la Via Lattea, o anche di più. Le stelle massice in queste galassie producono radiazioni ionizzanti, venti stellari e esplosioni di supernova che influenzano drammaticamente l’evoluzione dinamica e chimica del mezzo che le circonda. Studiare la distribuzione di massa delle stelle in queste galassie è importante per conoscere meglio la loro evoluzione e l’evoluzione dell’Universo in generale.

[2] Il metodo di datazione al radiocarbonio viene usato per determinare l’età di un oggetto che contiene materiale organico. Misurando la quantità di 14C , un isotopo radioattivo la cui abbondanza continua a diminuire, si può calcolare quando l’animale o la pianta sono morti. Gli isotopi usati nello studio di ALMA, 13C e 18O, sono stabili e la loro abbondanza continua ad aumentare durante la vita di una galassia, poichè vengono prodotti dalle reazioni di fusione termonucleare all’interno delle stelle.

[3] Le diverse forme di molecole vengono chiamate isotopologhi e differiscono nel numero di neutroni che possono avere. Le molecole di monossido di carbonio usate in questo studio sono un esempio di isotopologhi, poichè un isotopo stabile di carbonio può avere 12 o 13 nucleoni nel nucleo, mentre un isotopo stabile di ossigeno può averne 16, 17 o 18.

[4] Schneider et al. hanno effettuato osservazioni spettroscopiche di stelle singole in 30 Doradus, una regione di formazione stellare nella Grande Nube di Magellano, usando lo strumento FLAMES (Fibre Large Array Multi Element Spectrograph) sul VLT (Very Large Telescope). Lo studio è stato uno dei primi sufficientemente dettagliati da mostrare che l’Universo è in grado di produrre regioni di formazione stellare con distribuzioni di massa molto diverse da quella della Via Lattea.


Fonte