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Le stelle ‘vampiro’ non vivono da sole

Le stelle più calde e più brillanti, note come stelle di tipo spettrale O, si trovano spesso nei sistemi binari. Qui avviene il trasferimento di massa da una stella alla compagna, un processo di ‘vampirismo stellare’.
Credit: ESO/L. Calçada/S.E. de Mink

L’Universo è un “luogo” molto vario dove la maggior parte delle stelle non sono singole come nel caso del Sole. Di fatto, grazie ad una serie di osservazioni condotte con il Very Large Telescope (VLT) dell’ESO, è stato trovato che le stelle massicce e più brillanti non vivono da sole. Rispetto a quanto si credeva in precedenza, quasi il 75% si trovano in un sistema stellare binario. Con molta sorpresa, i ricercatori hanno osservato che la maggior parte di queste coppie stellari si trovano in una fase di interazione gravitazionale violenta e distruttiva e circa il 25% si stanno per fondersi in una singola stella.

Gli astronomi hanno studiato un campione di 71 stelle singole di tipo spettrale O, che hanno temperatura, massa e luminosità elevate, e stelle in sistemi binari appartenenti a sei ammassi stellari vicini nella Via Lattea. Le stelle di tipo spettrale O hanno una vita breve e violenta e giocano un ruolo fondamentale nell’evoluzione delle galassie. Inoltre, esse sono note come “stelle vampiro” e fanno parte di una fenomenologia estrema in cui una stella compagna di ‘piccola taglia’ cattura la materia dalla superficie della stella compagna più grande, un processo che produce emissioni di alta energia, principalmente sottoforma di raggi gamma, che sono intense e di breve durata (burst). La stella più piccola in termini di massa ‘ringiovanisce’, per così dire, man mano che assorbe il materiale fresco, l’idrogeno, dalla compagna. La sua massa aumenta al punto da sopravvivere anche per un tempo molto più lungo rispetto a quello che avrebbe una stella singola con un massa simile. La stella “vittima” di questa situazione perde il proprio inviluppo prima di diventare una super gigante rossa e perciò il suo nucleo, caldo e di color blu, viene esposto [video]. Il risultato è che una popolazione stellare di una galassia distante può apparire molto più giovane di quanto non lo sia in realtà. Entrambe le stelle, il vampiro e la vittima, diventano più calde e più blu e ciò  le fa apparire come stelle più giovani. Dunque, determinare la vera proporzione delle stelle presenti nei sistemi binari interagenti diventa di vitale importanza per studiare in maniera adeguata le proprietà fisiche delle galassie distanti. In altre parole, la comune assunzione che vuole che la maggior parte delle stelle siano singole può portare a delle conclusioni sbagliate in termini dei processi evolutivi delle galassie.

[Press release: The Brightest Stars Don’t Live Alone]

BX442, la galassia a spirale più distante osservata da Hubble

Immagine in falsi colori della galassia BX 442ottenuta combinando i dati di due telescopi, HST e Keck.
Credit: David Law; Dunlap Insitute for Astronomy & Astrophysics

Grazie ad una serie di osservazioni condotte con il telescopio spaziale Hubble, un gruppo di astronomi sono stati in grado di rivelare una galassia a spirale risalente ad una epoca primordiale della storia dell’Universo, ossia miliardi di anni prima che si formassero le altre galassie a spirale. Questo risultato, riportato su Nature, deriva da uno studio su un campione di 300 galassie estremamente distanti. La galassia in questione si trova a circa 10,7 miliardi di anni-luce e ciò vuol dire che si era già formata appena 3 miliardi di anni dopo il Big Bang.

[Abstract: High velocity dispersion in a rare grand-design spiral galaxy at redshift z = 2.18]

Identificato l’ammasso di galassie più distante mai osservato

E’ quanto dichiarano un gruppo di astronomi giapponesi che affermano di aver osservato un ammasso di galassie a 12,72 miliardi di anni-luce grazie al potente telescopio Subaru situato nelle Hawaii. La scoperta suggerisce il fatto che ad appena un miliardo di anni dopo il Big Bang si era già formato un ammasso di galassie. Questo “protoammasso” di galassie aiuterà gli scienziati a capire non solo come si formano le singole galassie ma a comprendere anche l’evoluzione primordiale dell’Universo. Nonostante sia stata annunciata in precedenza l’identificazione di un altro ammasso di galassie da parte del telescopio spaziale Hubble a circa 13,1 miliardi di anni-luce [press release], tale scoperta deve essere ancora confermata.

Galassie ‘povere’ di materia scura

L’osservatorio spaziale Herschel.
Credit: ESA

Il telescopio spaziale dell’ESA Herschel ha identificato una popolazione di galassie ricche di polveri che, pare, non richiedano così tanta materia scura per determinare i processi di formazione stellare rispetto a quanto si era pensato in precedenza. Le galassie osservate da Herschel sono molto distanti e ognuna di esse contiene almeno 300 miliardi di stelle come il Sole. Inoltre, si è scoperto che le dimensioni contrastano con i modelli attuali che suggeriscono che una galassia debba essere almeno dieci volte più grande, con una massa dell’ordine di 5000 miliardi di masse solari, per poter produrre un grande numero di stelle. Gli astronomi ritengono che il contributo maggiore alla massa di una galassia sia dovuto sostanzialmente alla materia scura che determina una gravità sufficiente per evitare che le galassie si disperdano, per così dire, durante la rotazione. I modelli attuali relativi alla formazione delle galassie suggeriscono che esse si originano dall’aggregazione di una grande quantità di materia scura. La sua attrazione gravitazionale fa sì che gli atomi si aggreghino e se ce ne sono a sufficienza possono “innescare” i processi di formazione stellare con un ritmo dell’ordine di 100-1000 volte più veloce di quello che esiste, ad esempio oggi, nella Via Lattea.

Queste immagini mostrano la distribuzione della materia scura e sono state realizzate attraverso una simulazione al computer quando l’Universo aveva una età di 3 miliardi di anni dopo il Big Bang. L’immagine a sinistra indica la distribuzione delle particelle che compongono la materia scura con la tipica struttura a forma di rete presente durante le fasi primordiali della storia dell’Universo. L’immagine al centro è una semplificazione della complessa struttura della distribuzione di materia scura secondo il modello cosiddetto dell’alone che viene utilizzato quando si considerano contemporaneamente le piccole e le grandi scale cosmiche. In questo caso, la distribuzione di materia scura ricorda un insieme di oggetti discreti, appunto gli aloni di materia scura, che corrispondono alle strutture più dense della rete cosmica. A destra, sono mostrati in giallo gli aloni di materia scura, che rappresentano quei “siti cosmici” più efficienti per la formazione delle galassie. Solo quelli che hanno una massa al di sopra di una certa soglia posso determinare l’inizio dei processi di formazione stellare dando luogo alle galassie starburst. Secondo le ultime misure ottenute dal satellite Herschel, la massa minima necessaria per la formazione di un alone di materia scura associato ad una galassia starburst è dell’ordine di 1011 volte quella del Sole.
Credit: The Virgo Consortium/Alexandre Amblard/ESA

Herschel ci sta dicendo che non abbiamo bisogno di tanta materia scura per determinare i processi di formazione stellare. Si tratta della prima misura diretta di quali sono gli intervalli di massa per poter determinare i processi di formazione stellare” spiega Asantha Cooray dell’University of California a Irvine. “Grazie alla sua elevata sensibilità ed al suo potere esplorativo negli infrarossi, Herschel ci permette di osservare in profondità l’Universo in modo da capire meglio come si formano le galassie” dice Göran Pilbratt, ESA Herschel project scientist. Ci sono così tante galassie nelle immagini di Herschel che esse si sovrappongono creando una sorta di “nebbia di radiazione infrarossa” che dà luogo ad un fondo di radiazione in questa regione dello spettro elettromagnetico. Le galassie non sono distribuite in maniera casuale ma seguono la struttura della “rete cosmica” dovuta principalmente alla distribuzione della materia scura che crea una sorta di schema distintivo producendo zone chiare e scure. Gli attuali modelli che spiegano la formazione delle galassie dovranno essere modificati per tener conto di questi risultati così che gli astronomi potranno fare un ulteriore passo in avanti verso la comprensione di come si sono formate le galassie, inclusa anche la nostra.

Le prime galassie sarebbero nate ‘in anticipo’

Abell 383, l’ammasso gigante costituito da galassie ellittiche. Esso contiene tanta materia scura da ‘piegare’ la luce proveniente dalle galassie più distanti, un fenomeno noto come lente gravitazionale. L’ammasso agisce da lente gravitazionale ‘piegando’ la luce che proviene dalle galassie distanti. Queste lenti gravitazionali aiutano gli astronomi ad individuare oggetti remoti nell’Universo, estendendo così il potere esplorativo del telescopio spaziale Hubble. Nella fotografia, sono indicate, all’interno dei cerchi, le immagini multiple della galassia identificata.
Credit: NASA, ESA, J. Richard (CRAL) e J.P. Kneib (LAM), Marc Postman (STScI)

Grazie al fenomeno della lente gravitazionale cosmica, alcuni ricercatori hanno identificato una galassia molto distante le cui stelle si sarebbero formate ancora prima di quanto ipotizzato. Questa scoperta mette una nuova luce sui modelli che cercano di spiegare la formazione delle prime galassie e, in generale, l’evoluzione stessa dell’Universo.

Abbiamo scoperto una galassia molto distante le cui stelle sarebbero apparse circa 200 milioni di anni dopo il Big Bang. Questa scoperta ci fornisce nuovi indizi sulla formazione delle prime galassie e ci permette di capire come la cosiddetta ‘nebbia primordiale di idrogeno’ sia in seguito scomparsa” spiega Johan Richard del Centre de Recherche Astrophysique de Lyon. La galassia è stata identificata tramite il fenomeno della lente gravitazionale causata dall’ammasso di galassie Abell 383, senza il quale sarebbe stato molto difficile rivelarla con gli attuali telescopi. Il redshift della galassia è di 6,027 il che vuol dire che stiamo osservando la sua luce quando l’Universo aveva una età di circa 950 milioni di anni. Ma questi numeri non implicano che la galassia sia l’oggetto più distante che siamo riusciti ad individuare dato che altri oggetti sono stati rivelati a distanze ancora maggiori, ossia ad epoche pari a circa 400 milioni di anni dopo il Big Bang. La peculiarità di questa scoperta sta nel fatto che le stelle, identificate nella banda dell’infrarosso grazie al telescopio spaziale Spitzer, sono sorprendentemente vecchie e relativamente deboli, rispetto ad altri casi dove le stelle sono, invece, molto brillanti e giovani. Dunque, questi risultati suggeriscono che la galassia era già formata da stelle vecchie di 750 milioni di anni, spostando così indietro l’epoca della sua formazione a circa 200 milioni di anni dopo il Big Bang. Insomma, sembra molto probabile che le prime galassie siano esistite molto tempo prima rispetto a quanto ipotizzato dai modelli sulla formazione ed evoluzione delle galassie primordiali.

ArXiv: Discovery of a possibly old galaxy at z = 6.027, multiply imaged by the massive cluster Abell 383

Le galassie hanno smesso di ‘crescere’ circa 7 miliardi di anni fa

Nell’ammasso di galassie Abell 2218, la galassia più brillante appare sottoforma di arco color arancione.
Credit: NASA, ESA, Johan Richard (Caltech, USA)

Una delle domande ancora aperte nell’ambito della moderna cosmologia riguarda la formazione e l’evoluzione delle galassie. Secondo alcuni modelli, le fluttuazioni di densità della materia, che possiamo rivelare oggi come piccole variazioni di temperatura nella radiazione cosmica di fondo, hanno dato luogo alle galassie più piccole che nel corso del tempo cosmico si sono fuse per formare le galassie di dimensioni più grandi. Un gruppo di ricercatori della Liverpool John Moores University ha analizzato i dati relativi alle galassie più massicce che conosciamo, note come Brightest Cluster Galaxies (BCGs), ossia le galassie più brillanti in un ammasso. I dati suggeriscono che l’evoluzione delle galassie si sia arrestata circa 7 miliardi di anni fa. Questi risultati aprono una nuova finestra sui modelli che tentano di spiegare la formazione e l’evoluzione delle strutture su larga presenti nell’Universo.

Insomma, pare che i cosmologi non abbiano ancora gli ingredienti fondamentali di cui hanno bisogno per capire come si sono formate le galassie e come si sono evolute nel tempo cosmico fino ai nostri giorni.

ArXiv: Little change in the sizes of the most massive galaxies since z = 1