Vivai stellari nella Via Lattea

Gli astronomi dell'Università di Harvard hanno scoperto una struttura gassosa monolitica a forma di onda - la più grande mai vista nella Via Lattea - composta da vivai stellari interconnessi.

Soprannominata “Radcliffe wave”, in onore della collaborazione con il Radcliffe Institute for Advanced Study, (1) la scoperta trasforma una visione di 150 anni di vivai stellari vicini come un anello in espansione in uno caratterizzato da un filamento ondulato, a forma di stella, che raggiunge dimensioni pari a trilioni di chilometri sopra e sotto il disco galattico.

Il lavoro, pubblicato su Nature, (2) è stato abilitato da una nuova analisi dei dati di Gaia dell'Agenzia spaziale europea, avviata nel 2013 con la missione di misurare con precisione la posizione, la distanza e il movimento delle stelle. Il team di ricerca ha combinato gli accurati dati di Gaia con altre misurazioni per costruire una mappa 3D dettagliata della materia interstellare nella Via Lattea e ha notato uno schema inaspettato nel braccio a spirale più vicino alla Terra.

I ricercatori hanno scoperto una struttura lunga e sottile, lunga circa 9000 anni luce e 400 anni luce, con una forma ondulata, che si estende su 500 anni luce sopra e sotto il piano medio del disco della nostra Galassia. L'Onda comprende molti dei vivai stellari che in precedenza si pensava facessero parte della “Gould's Belt”, (3) una banda di regioni che formano le stelle che si ritiene fossero orientate attorno al Sole in un anello.

La dottoressa Alyssa A Goodman, (4) professoressa di astronomia applicata di Robert Wheeler Willson all'università di Harvard, associato di ricerca presso la Smithsonian Institution e condirettore del programma scientifico del Radcliffe Institute of Advanced Study, dice: «Nessun astronomo si aspettava che vivessimo accanto a una gigantesca raccolta ondulata di gas o che formasse il braccio locale della Via Lattea. Siamo rimasti completamente scioccati quando ci siamo resi conto di quanto sia lunga e diritta l'onda Radcliffe, guardandola dall'alto in basso in 3D - ma quanto sia sinusoidale se vista dalla Terra. L'esistenza stessa dell'onda ci sta costringendo a ripensare la nostra comprensione della struttura 3D della Via Lattea.»

Il dottor João Alves, (5) professore di astrofisica stellare presso l'Università di Vienna e Radcliffe Fellow (2018-2019), ha dichiarato: «Gould e Herschel hanno entrambi osservato la formazione di stelle luminose in un arco proiettato sul cielo, quindi da molto tempo le persone hanno cercato di capire se queste nuvole molecolari formassero effettivamente un anello in 3D. Invece, ciò che abbiamo osservato è la più grande struttura di gas coerente che conosciamo nella galassia, organizzata non in un anello ma in un enorme filamento ondulato. Il Sole giace a soli 500 anni luce dall'onda nel suo punto più vicino. È siamo sempre stati davanti ai nostri occhi, ma non abbiamo potuto vederlo fino ad ora.»

La nuova mappa 3D mostra la struttura galattica sotto una nuova luce, offrendo ai ricercatori una visione riveduta della Via Lattea e aprendo la porta ad altre importanti scoperte.

«Non sappiamo che cosa causa questa forma, ma potrebbe essere come un'increspatura in uno stagno, come se qualcosa di straordinariamente massiccio fosse atterrato nella nostra galassia», ha detto Alves. «Quello che sappiamo è che il nostro Sole interagisce con questa struttura. È passato da un festival di supernove mentre attraversava Orion 13 milioni di anni fa, e in altri 13 milioni di anni attraverserà di nuovo la struttura, un po' come se stessimo navigando l'onda.»

Districare le strutture nella “polverosa” struttura galattica all'interno del quale si concentrano gli studi è una sfida di vecchia data in astronomia. In studi precedenti, il gruppo di ricerca di Douglas Finkbeiner, (6) professore di astronomia e fisica ad Harvard, ha aperto la strada a tecniche statistiche avanzate per mappare la distribuzione 3D della polvere usando vaste indagini sui colori delle stelle.

Con i nuovi dati di Gaia, gli studenti laureati di Harvard Catherine Zucker (7) e Joshua Speagle (8) hanno recentemente affinato queste tecniche, migliorando notevolmente la capacità degli astronomi di misurare le distanze dalle regioni che formano le stelle. Quell'opera, guidata da Zucker, è stata pubblicata sull'Astrophysical Journal. (9)

«Sospettavamo che potessero esserci strutture più grandi che non potevamo semplicemente mettere in contesto. Quindi, per creare una mappa accurata del nostro quartiere solare, abbiamo combinato le osservazioni dei telescopi spaziali come Gaia con l'astrostatistica, la visualizzazione dei dati e le simulazioni numeriche». ha spiegato Catherine Zucker, che è una laureata NSF e Ph.D. candidata alla Graduate School of Arts and Sciences di Harvard con sede nel dipartimento di Astronomia di Harvard.

La dottoressa Zucker ha svolto un ruolo chiave nella compilazione del più completo catalogo inerente ad accurate distanze a vivai stellari locali - la base per la mappa 3D utilizzata nello studio. Ella si è posta l'obiettivo di dipingere una nuova immagine della Via Lattea, vicino e lontana. «Abbiamo riunito questo team in modo da poter andare oltre l'elaborazione e la tabulazione dei dati per visualizzarli attivamente - non solo per noi stessi ma per tutti. Ora, possiamo letteralmente vedere la Via Lattea con nuovi occhi», ha detto.

Secondo la dottoressa Alyssa A Goodman, gli scienziati hanno studiato dense nuvole di gas e polvere tra le stelle per oltre cento anni, ingrandendo queste regioni con una risoluzione sempre più elevata. Prima di Gaia, non c'erano set di dati significativi sufficientemente ampi da rivelare la struttura della galassia su larga scala. Dal suo lancio nel 2013, l'osservatorio spaziale ha permesso di misurare le distanze di un miliardo di stelle nella galassia della Via Lattea.

L'ondata di dati provenienti da Gaia è stata il banco di prova perfetto per nuovi metodi statistici innovativi che rivelano la forma dei vivai stellari locali e la loro connessione con la struttura galattica della Via Lattea.

In questa collaborazione orientata alla scienza dei dati, i gruppi Finkbeiner, Alves e Goodman hanno collaborato strettamente. Il gruppo Finkbeiner ha sviluppato il quadro statistico necessario per inferire la distribuzione 3D delle nuvole di polvere; il gruppo Alves ha fornito una profonda esperienza in materia di stelle, formazione stellare e Gaia; e il gruppo Goodman ha sviluppato le visualizzazioni 3D e il quadro analitico, chiamato “colla”, che ha permesso di vedere, esplorare e descrivere quantitativamente l'onda di Radcliffe.

Gli articoli, i dati analizzati, il codice statistico, i dati interattivi, i video e il tour WorldWide Telescope sono tutti liberamente disponibili a tutti e sono accessibili tramite un sito Web dedicato. (10)

Informazioni sulla Graduate School of Arts and Sciences

La Graduate School of Arts and Sciences dell'Università di Harvard identifica e attira i più promettenti master e dottorandi in discipline umanistiche, scienze sociali e scienze per formare una comunità globale dinamica e diversificata, trasformandoli in studiosi visionari, educatori innovativi e leader creativi. Gli studenti laureati sono al centro dell'eccellenza di Harvard nella ricerca e nell'istruzione, attraversano i confini disciplinari, studiano con illustri docenti e accedono a centri di ricerca, collezioni accademiche e musei di fama mondiale. Sia che avanzino idee rivoluzionarie o che lavorino a fianco di docenti e studenti universitari, stanno spingendo i confini di ciò che sappiamo e di come apprendiamo.

Riferimenti:

(1) Radcliffe Institute for Advanced Study at Harvard University

(2) A Galactic-scale gas wave in the solar neighbourhood

(3) gould's belt survey

(4) Alyssa A Goodman

(5) João Alves

(6) Douglas Finkbeiner

(7) Catherine Zucker

(8) Josh Speagle

(9) A Large Catalog of Accurate Distances to Local Molecular Clouds: The Gaia DR2 Edition

(10) The Radcliffe Wave

Descrizione foto: Visualizzazione dell'onda di Radcliffe: un'enorme struttura gassosa a forma di onda composta da vivai stellari, che formano una delle più grandi strutture coerenti mai osservate nella nostra galassia. Questa immagine, tratta dal World Wide Telescope, rappresenta i dati di studio sovrapposti all'illustrazione dell'artista della Via Lattea e del nostro sole. - Credit: Alyssa Goodman / Harvard University.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Interconnected stellar nurseries form the largest gaseous structure ever observed in the Milky Way galaxy