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Come ti ‘aiuto’ a formare le stelle

Gli astronomi hanno osservato tassi di formazione stellare estremamente elevati nelle galassie distanti, il che introduce una sorta di mistero: come si possono raggiungere questi numeri così elevati? In un articolo apparso su Astrophysica Journal Letters, un gruppo di scienziati propone che queste straordinarie attività potrebbero essere spiegate da un processo di alimentazione dovuto ai nuclei attivi che risiedono nel centro delle galassie.

L’immagine raffigura una simulazione del processo di formazione stellare in una galassia con (pannello superiore) e senza (pannello inferiore) pressione esterna. Questi risultati suggeriscono che la pressione esterna dovuta ai flussi di radiazione provenienti dall’AGN potrebbero spiegare l’elevato tasso di formazione stellare nelle galassie a disco distanti. Credit: Bieri et al. 2015

Si ritiene che la formazione stellare nelle galassie sia dovuta all’addensamento del gas che collassa sotto l’effetto della gravità, diventando sempre più denso fino a causare la fusione nucleare. Di recente, però, è emersa una evidenza sempre maggiore sul fatto che il tasso di formazione stellare sia significativamente più elevato nelle galassie più distanti, in particolare in quei sistemi che sono caratterizzati dai nuclei galattici attivi (Active Galactic Nuclei, AGN). La domanda è: tutto ciò potrebbe, forse, essere dovuto ad una percentuale più elevata di gas presente in queste galassie remote? Oppure è possibile che sia presente un meccanismo differente che produce una formazione stellare più efficiente? Un gruppo di ricercatori, guidato da Rebekka Bieri del Paris Institute of Astrophysics, ha proposto che questo incremento di formazione stellare potrebbe essere dovuto da una sorta di rifornimento da parte del nucleo attivo della galassia ospite. I ricercatori sostengono che un flusso di radiazione proveniente dal nucleo centrale potrebbe creare una sorta di “bolla” di alta pressione che agisce attorno al disco galattico accelerando la nascita di nuove stelle. Per verificare il loro modello, gli autori hanno simulato questo scenario. In altre parole, essi considerano un disco galattico con una massa pari a circa un decimo la massa della Via Lattea, che parte da uno stato di quiete. Successivamente, la galassia viene fatta evolvere sia con che senza l’applicazione di una pressione esterna, che rappresenta la pressione isotropa della bolla creata dal flusso di radiazione del nucleo galattico. Questi modelli vengono quindi verificati in due modi: in uno, la percentuale iniziale del gas è dell’ordine del 10% mentre nell’altro è del 50%. Le simulazioni mostrano in entrambi i casi che la presenza di una pressione esterna causa significativamente un elevato tasso di formazione stellare rispetto ai casi in cui non c’è rifornimento da parte dell’AGN.

Le figure rappresentano delle simulazioni relative ai tassi di formazione stellare nel caso di una bassa (a sinistra) e alta percentuale di gas. Le linee blu rappresentano la formazione stellare senza il contributo della pressione esterna e viceversa per la linea rossa. Credit: Bieri et al. 2015

Nelle galassie in cui è presente una elevata percentuale di gas, questa differenza è particolarmente evidente durante le epoche primordiali; la pressione esterna fa sì che il gas si dissolva formando una serie di addensamenti che hanno una densità tale da causare molto presto la nascita di nuove stelle rispetto al caso in cui non è presente l’effetto della pressione esterna. Durante la simulazione, gli autori hanno poi studiato il comportamento della massa quando entra e lascia il disco galattico. Nel caso in cui è presente la pressione esterna, si ha un incremento di massa elevato all’inizio della simulazione, un processo che trasporta materia dall’alone e dalle regioni più esterne del disco galattico. Questa sorgente iniziale di massa aiuta, in qualche modo, a rifornire la formazione delle regioni più interne della galassia in cui si formano i maggiori addensamenti, contribuendo perciò ad una maggiore formazione di stelle. Dunque, con questo modello alquanto semplice gli autori hanno dimostrato che un aumento di pressione dovuta al rifornimento da parte dell’AGN rappresenta un metodo efficiente che permette di spiegare gli elevati tassi di formazione stellare che si osservano nelle galassie ad alto redshift.

Astrophysical Journal Letters: PLAYING WITH POSITIVE FEEDBACK: EXTERNAL PRESSURE-TRIGGERING OF A STAR-FORMING DISK GALAXY
arXiv: Playing with positive feedback: external pressure-triggering of a star-forming disc galaxy