28 Gen 2019 La Nascita di un Ammasso Stellare
Utilizzando l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un team di astronomi ha realizzato le osservazioni più dettagliate a oggi del processo di frammentazione di una gigantesca nube gassosa in densi nuclei, luoghi di nascita di nuove stelle. I dati rivelano un’inattesa semplicità nei processi fisici alla base della formazione di un massiccio ammasso stellare.
Gli scienziati hanno scoperto che i meccanismi della frammentazione sono piuttosto lineari, risultando dall’azione combinata di pressione e gravità nella nube. Caratteristiche più complesse, come turbolenza e campi magnetici, sembrano giocare un ruolo minore. Le stelle nascono in seguito al collasso gravitazionale di gigantesche nubi di gas e polveri. Ogni qualvolta una delle regioni in via di collasso diviene calda e densa a sufficienza per l’innesco della fusione nucleare al suo interno, è nata una stella. Ma per quanto riguarda le stelle massicce, almeno otto volte più pesanti del Sole, la situazione può rivelarsi più complessa. Le stelle più grandi non si formano in solitudine, ma nascono da nubi massicce di gas molecolare, che in seguito formano una cascata di frammenti nebulari, molti dei quali danno origine a una stella.
Gli astronomi si domandano da tempo se questo modello di frammentazione richieda meccanismi fisici differenti rispetto a quelli alla base della formazione delle stelle piccole. Le ipotesi includono moti turbolenti del gas, in grado di destabilizzare una regione e portarla a collassare rapidamente, o campi magnetici interferenti. I vari meccanismi dovrebbero riportare tracce rivelatrici nelle regioni in cui nascono un gran numero di stelle. Il collasso che guida la formazione di stelle di alta massa ha luogo in base a una gerarchia di livelli differenti. Su scala più vasta, la formazione stellare include gigantesche nubi molecolari, composte principalmente da idrogeno gassoso e in grado di raggiungere dimensioni fino a oltre un centinaio di anni luce. All’interno di queste nubi si trovano grumi leggermente più densi, ampi tipicamente pochi anni luce. Ogni grumo contiene uno o più densi nuclei, del diametro inferiore a un quinto di anno luce. Insieme, le stelle prodotte nei nuclei di un singolo grumo formeranno un ammasso stellare.
Le scale di questa frammentazione su vari livelli dipendono dai meccanismi coinvolti. Il modello più semplice può essere rappresentato utilizzando fisica elementare: un gas ideale ha una pressione che dipende dalla sua temperatura e densità. In una nube gassosa semplificata, assumendo una densità costante, quella pressione deve essere abbastanza forte ovunque da bilanciare la forza di gravità, persino nel centro della nube. Una volta fissate queste condizioni, si scopre che ogni nube a densità costante può avere solo una dimensione massima. Se una nube è più grande del suo massimo, chiamato lunghezza di Jeans, allora sarà instabile, si frammenterà e collasserà.
Ma la frammentazione dei giovani ammassi massicci è realmente guidata da questi processi piuttosto semplici? Alcuni astronomi hanno ideato scenari molto più complessi, che includono l’influenza di moti turbolenti del gas e campi magnetici. Tali meccanismi aggiuntivi cambiano le condizioni per la stabilità della nube, e tipicamente incrementano le scale dei vari tipi di frammenti. Previsioni differenti relative alle dimensioni della nube offrono un modo di testare lo scenario fisico coinvolto. Questo è l’obiettivo che si sono proposti Henrik Beuther e i suoi colleghi osservando la regione di formazione stellare G351.77-0.54 nella Costellazione dello Scorpione.
Il team ha utilizzato il telescopio ALMA per studiare la regione massiccia G351.77-0.54 fino a scale al di sotto delle 50 unità astronomiche. “Questo è un primo esempio di come la tecnologia consenta progressi astronomici. Non avremmo potuto ottenere questi risultati senza la risoluzione spaziale e l’elevata sensibilità di ALMA”, spiega Beuther. I risultati, insieme con studi precedenti della stessa nube su scala più vasta, suggeriscono la prevalenza della fisica termica del gas, anche per quanto riguarda stelle molto massicce. Sia le dimensioni dei grumi all’interno della nube e dei nuclei nei grumi, sia le sotto-strutture di alcuni nuclei possono essere previste da calcoli basati sulla lunghezza di Jeans, senza bisogno di ingredienti aggiuntivi. “Nel nostro caso, gli stessi processi fisici forniscono una descrizione uniforme. La frammentazione a scale più grandi o più piccole sembra governata dagli stessi processi fisici”, spiega Beuther. E la semplicità è sempre una grande conquista per le descrizioni scientifiche.
[ Barbara ]
Nell’immagine il massiccio ammasso stellare NGC 3603
Credit: NASA, ESA and the Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration
http://www.mpia.de/news/science/2019-01-MassiveStarformation
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