Bolla di plasma dove nascono le stelle

Il team guidato dall'UMD ha utilizzato il telescopio SOFIA della NASA per catturare i dettagli ad alta risoluzione di una bolla di plasma dove nascono le stelle nella Via Lattea.

I ricercatori dell'Università del Maryland hanno creato la prima immagine ad alta risoluzione di una bolla in espansione di plasma caldo e gas ionizzato dove nascono le stelle. Le precedenti immagini a bassa risoluzione non mostravano chiaramente la bolla né rivelavano come si fosse espansa nel gas circostante.

I ricercatori hanno utilizzato i dati raccolti dal telescopio Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) per analizzare una delle regioni di formazione stellare più luminose e massicce della Via Lattea. La loro analisi ha mostrato che una singola bolla in espansione di gas caldo circonda l'ammasso stellare di Westerlund 2 e ha smentito studi precedenti che suggerivano che potrebbero esserci due bolle attorno a Westerlund 2. I ricercatori hanno anche identificato la fonte della bolla e l'energia che guida la sua espansione. I loro risultati sono stati pubblicati su The Astrophysical Journal. (1)

La dottoressa Maitraiyee Tiwari, (2) associato post-dottorato presso il Dipartimento di Astronomia dell'University of Maryland (UMD) e autrice principale dello studio, dice: «Quando si formano stelle massicce, espellono espulsioni di protoni, elettroni e atomi di metalli pesanti molto più forti, rispetto al nostro sole. Queste espulsioni sono chiamate venti stellari e i venti stellari estremi sono in grado di soffiare e formare bolle nelle nubi circostanti di gas freddo e denso. Abbiamo osservato proprio una bolla del genere centrata attorno all'ammasso di stelle più luminoso in questa regione della galassia, e siamo stati in grado di misurarne il raggio, la massa e la velocità con cui si sta espandendo».

Le superfici di queste bolle in espansione sono costituite da un denso gas di carbonio ionizzato e formano una sorta di guscio esterno attorno alle bolle. Si ritiene che all'interno di questi gusci si formino nuove stelle. Ma come una zuppa in un calderone bollente, le bolle che racchiudono questi ammassi stellari si sovrappongono e si mescolano con le nuvole di gas circostante, rendendo difficile distinguere le superfici delle singole bolle.

Tiwari e i suoi colleghi hanno creato un'immagine più chiara della bolla che circonda Westerlund 2 misurando la radiazione emessa dall'ammasso attraverso l'intero spettro elettromagnetico, dai raggi X ad alta energia alle onde radio a bassa energia. Studi precedenti, che solo dati radio e lunghezze d'onda submillimetriche, avevano prodotto immagini a bassa risoluzione e non mostravano la bolla. Tra le misurazioni più importanti c'era una lunghezza d'onda del lontano infrarosso emessa da uno specifico ione di carbonio nel guscio.

«Possiamo usare la spettroscopia per dire effettivamente quanto velocemente questo carbonio si sta muovendo verso o lontano da noi», ha detto il dottor Ramsey Karim (MS '19, astronomia), (3) un dottorato di ricerca, studente in astronomia all'UMD e coautore dello studio. «Questa tecnica utilizza l'effetto Doppler, lo stesso effetto che fa cambiare tono al clacson di un treno mentre ti passa davanti. Nel nostro caso, il colore cambia leggermente a seconda della velocità degli ioni carbonio».

Determinando se gli ioni carbonio si stavano avvicinando o allontanandosi dalla Terra e combinando tali informazioni con le misurazioni del resto dello spettro elettromagnetico, Tiwari e Karim hanno creato una vista 3D della bolla di vento stellare in espansione che circonda Westerlund 2.

Oltre a trovare una singola bolla stellare guidata dal vento intorno a Westerlund 2, hanno trovato prove della formazione di nuove stelle nella regione del guscio di questa bolla. La loro analisi suggerisce anche che quando la bolla si è espansa, si è aperta su un lato, rilasciando plasma caldo e rallentando l'espansione del guscio circa un milione di anni fa. Ma poi, circa 200.000 o 300.000 anni fa, si è evoluta un'altra stella luminosa in Westerlund 2 e la sua energia ha rinvigorito l'espansione del guscio di Westerlund 2.

«Abbiamo visto che l'espansione della bolla che circonda Westerlund 2 è stata riaccelerata dai venti di un'altra stella molto massiccia, e questo ha ricominciato il processo di espansione e formazione stellare», ha detto Tiwari. «Questo suggerisce che le stelle continueranno a nascere in questo guscio per molto tempo, ma man mano che questo processo va avanti, le nuove stelle diventeranno sempre meno massicce».

Il dottor Maitraiyee Tiwari e i suoi colleghi ora applicheranno il loro metodo ad altri ammassi stellari luminosi e bolle di gas caldo per comprendere meglio queste regioni della galassia in cui si formano le stelle. Il lavoro fa parte di un programma pluriennale supportato dalla NASA chiamato FEEDBACK. (4)

Ulteriori coautori del documento di ricerca del Dipartimento di Astronomia dell'UMD includono i ricercatori Marc Pound e Mark Wolfire e il professore aggiunto Alexander Tielens. Questo lavoro è stato supportato dal progetto FEEDBACK finanziato dalla NASA (Award No. SOF070077). Il contenuto di questo articolo non riflette necessariamente le opinioni di questa organizzazione.

Il documento di ricerca, “SOFIA FEEDBACK Survey: Exploring the Dynamics of the Stellar-wind-driven Shell of RCW 49” e l'elenco degli autori sono: Tiwari, M., Karim, R., Pound, MW, Wolfire, M., Jacob , A., Buchbender, C., Güsten, R., Guevara, C., Higgins, RD, Kabanovic, S., Pabst, C., Ricken, O., Schneider, N., Simon, R., Stutzki, J., Tielens, AGGM, è stato pubblicato il 23 giugno 2021 su The Astrophysical Journal.

Informazioni sul College of Computer, Mathematical and Natural Sciences

Il College of Computer, Mathematical and Natural Sciences dell'Università del Maryland istruisce ogni anno più di 9.000 futuri leader scientifici nei suoi programmi universitari e laureati. I 10 dipartimenti del college e più di una dozzina di centri di ricerca interdisciplinari promuovono la scoperta scientifica con finanziamenti annuali sponsorizzati per la ricerca che superano i 200 milioni di dollari. (5)

Riferimenti:

(1) SOFIA FEEDBACK Survey: Exploring the Dynamics of the Stellar Wind–Driven Shell of RCW 49

(2) Maitraiyee Tiwari

(3) Ramsey Karim

(4) FEEDBACK: SOFIA Legacy Project

(5) College of Computer, Mathematical and Natural Sciences

Descrizione foto: La nebulosa galattica RCW 49 nella foto sopra è una delle regioni di formazione stellare più luminose della Via Lattea. Analizzando il movimento degli atomi di carbonio in una bolla di gas in espansione che circonda l'ammasso stellare Westerlund 2 all'interno di RCW 49, un team di ricercatori guidato dall'UMD ha creato l'immagine più chiara fino ad oggi di una bolla guidata dal vento stellare in cui nascono le stelle. - Credit: NASA/JPL-Caltec/E.Churchwell (University of Wisconsin).

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: First Clear View of a Boiling Cauldron Where Stars are Born