Un’anomala abbondanza di stelle massicce in antiche galassie starburst

Monossido di carbonio in galassie starburst
Monossido di carbonio in galassie starburst

Un articolo pubblicato sulla rivista “Nature” descrive la scoperta di regioni di formazione stellare dove la percentuale di stelle massicce è molto più elevata rispetto ad altre. Un team di astronomi guidati da Zhi-Yu Zhang dell’Università di Edimburgo ha usato il radiotelescopio ALMA per studiare quattro antichissime galassie di tipo starburst, cioè dove c’è un’elevata formazione stellare, piene di polvere.

I modelli relativi alla formazione stellare prevedono che vi sia una certa distribuzione della massa delle stelle che si formano nelle galassie. Anche nelle galassie chiamate starburst, dove il ritmo di formazione è molto elevato, la distribuzione dovrebbe rimanere simile ma queste nuove osservazioni hanno offerto risultati diversi trovando un’anomala abbondanza di stelle massicce in quattro galassie molto antiche.

Questo studio mostra gli stessi risultati di quelli descritti in un articolo pubblicato all’inizio del 2018 sulla rivista “Science” da un team guidato da Fabian Schneider dell’Università di Oxford che ha usato il Very Large Telescope (VLT) dell’ESO per studiare la Nebulosa Tarantola. Sono tutti risultati che contraddicono i modelli attuali.

I ricercatori che hanno osservato l’universo primordiale usando il radiotelescopio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), inaugurato nel marzo 2013, hanno osservato galassie che ci appaiono com’erano quando erano molto giovani. Ciò significa che al loro interno ci stati pochi eventi di formazione stellare e ciò evita di ottenere risultati confusi.

Zhi-Yu Zhang e il suo team hanno sviluppato una tecnica per misurare l’abbondanza dei diversi isotopi presenti nel monossido di carbonio in quelle galassie distanti. L’ossigeno-18 è un elemento che viene prodotto soprattutto da stelle massicce mentre il carbonio-13 viene prodotto soprattutto da stelle di massa piccola e media. L’identificazione dei vari isotopi hanno permesso di valutare la massa di stelle in galassie lontanissime dove quel tipo di stima è altrimenti impossibile.

L’immagine in alto (ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Zhang et al.) mostra le galassie starburst osservate con ALMA. In alto sono mostrate le emissioni da ognuna di esse di monossido di carbonio con l’isotopo carbonio-13, o 13C, in basso sono mostrate le emissioni della molecola con l’isotopo ossigeno-18, o 18O.

Le rilevazioni degli isotopi nelle galassie starburst osservate hanno mostrato un rapporto tra ossigeno-18 e carbonio-13 circa dieci volte più elevato rispetto a galassie come la Via Lattea. Ciò significa che in quelle galassie la percentuale di stelle massicce è molto più elevata del previsto, proprio come nella Nebulosa Tarantola.

Questa caratteristica non è solo una curiosità scientifica ma influenza l’evoluzione della galassia che ospita quelle stelle. La massa è infatti un fattore fondamentale nella lunghezza della loro vita: le stelle massicce consumano il loro idrogeno a grande velocità per poi morire dopo “solo” alcuni milioni di anni in supernove lasciandosi dietro buchi neri e spargendo molti elementi pesanti nello spazio. La conseguenza è che il loro studio è importante per capire come pianeti che si formano successivamente vengano “seminati” da quegli elementi e anche come ci possano essere buchi neri “seme” che forse si fondono per formare buchi neri supermassicci che a loro volta hanno un’enorme influenza sulla galassia che li ospita.

Concetto artistico di una galassia starburst polverosa (Immagine ESO/M. Kornmesser)
Concetto artistico di una galassia starburst polverosa (Immagine ESO/M. Kornmesser)

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