Per decenni, gli astronomi hanno pensato che la nuvola di stelle che circonda la nostra Galassia, chiamata alone stellare, fosse in gran parte sferica e omogenea, come un pallone da basket. L’immagine della Via Lattea al centro di un alone esterno sferico è sempre stata la sola nella mente degli astrofisici. Tutti gli studi riguardanti la distribuzione della materia oscura attorno alla Galassia, così come quelli di fisica astroparticellare, sono sempre stati fondati su questo modello sferico. Ora, uno studio rivoluzionario del Center for Astrophysics di Harvard & Smithsonian, basato su osservazioni moderne, mostra che l’alone stellare è oblungo e inclinato, più simile ad un pallone da rugby.

L’alone stellare della Via Lattea è la porzione visibile di quello che è più ampiamente chiamato l’alone galattico. Questo alone galattico è dominato dalla materia oscura invisibile, la cui presenza è misurabile solo attraverso la gravità che esercita sull’ambiente circostante.

Ogni galassia ha il suo alone di materia oscura o, per meglio dire, ogni galassia nasce proprio dove questa materia oscura è distribuita nell’Universo. Per comprendere meglio come si formano e interagiscono le galassie, così come la natura alla base della materia oscura, gli aloni stellari sono preziosi bersagli astrofisici.

L’alone stellare della Via Lattea: diffuso, non uniforme e non sferico

Vista l’importanza degli aloni galattici, essi sono sempre stati oggetto di studio per la comunità scientifica. Tuttavia, fino ad oggi gli studiosi avevano riscontrato grande difficoltà nel tracciare la forma del nostro alone. Questo a causa del fatto che noi ci troviamo proprio al suo interno.

Esso si estende per diverse centinaia di migliaia di anni luce sopra e sotto il piano di stelle della nostra Galassia, dove risiede il nostro Sistema Solare. Quindi, per il nostro alone non possiamo avere la stessa prospettiva di quelli delle galassie esterne, che osserviamo e misuriamo.

A complicare ulteriormente le cose, l’alone stellare si è dimostrato piuttosto diffuso, contenendo solo circa l’uno percento della massa di tutte le stelle della galassia. Nel corso del tempo però, gli astronomi sono riusciti a identificare molte migliaia di stelle che popolano questo alone. Osservandole, è difficile discernerle da quelle appartenenti ad altre galassie, che si trovano nello stesso campo visivo. Tuttavia, le stelle della nostra Via Lattea hanno una composizione chimica molto distintiva, misurabile mediante studi spettroscopici.

Il nuovo studio sfrutta due importanti set di dati raccolti negli ultimi anni, che hanno scandagliato l’alone stellare come mai prima d’ora:

• Il primo set proviene da Gaia, satellite spaziale dell’ESA. Dal 2013 continua a compilare le misurazioni più precise delle posizioni, dei movimenti e delle distanze di milioni di stelle nella Via Lattea, comprese stelle dell’alone stellare.
• Il secondo set di dati proviene da H3 (Hectochelle in the Halo at High Resolution), indagine a Terra condotta presso l’Osservatorio Fred Lawrence Whipple in Arizona. H3 ha raccolto osservazioni dettagliate di decine di migliaia di stelle troppo lontane per essere valutate da Gaia.

Attraverso questi dati gli astronomi si sono resi conto che le stelle dell’alone non sono distribuite uniformemente. Ci sono alcuni punti in cui la loro densità supera notevolmente la media, formando dei veri e propri “grappoli”. Questi ultimi sono diventati l’ oggetto di nuovi studi, volti a chiarire le origini ultime dell’alone stellare. Inoltre, la combinazione dei dati in un modello flessibile ha permesso di capire che l’alone è decisamente non sferico.

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Le implicazioni sulla formazione del nostro alone galattico

Questa nuova forma, oltre a coincidere con quella di altri aloni, è a forte sostegno di una delle principali teorie riguardanti la formazione dell’alone stellare della Via Lattea. In essa si suppone che l’alone stellare si sia formato quando una galassia nana solitaria si è scontrata 7-10 miliardi di anni fa con la nostra. Come conseguenza di questo evento di collisione galattica, la galassia nana è stata fatta a pezzi e le sue stelle costituenti sono state disperse, formando l’alone. Una tale storia spiega l’intrinseca differenza delle stelle dell’alone stellare con le stelle nate e cresciute nella Via Lattea.

La galassia nana defunta è nota in modo divertente come Gaia-Sausage-Enceladus (GSE). “Gaia” si riferisce alla missione ESA, “Sausage” deriva dalla forma che appare quando si tracciano i dati di Gaia. “Enceladus” invece fa riferimento al gigante mitologico greco che fu sepolto sotto la Sicilia, proprio come GSE è stata sepolta dalla Via Lattea.

I risultati dello studio raccontano poi come GSE e la Via Lattea abbiano interagito per generare un alone di forma oblata e inclinata. Apparentemente, GSE ha compiuto due orbite attorno alla nostra Galassia prima di esserne inglobata. Durante queste orbite, GSE avrebbe rallentato due volte nei cosiddetti apocentri, i punti più lontani dalla Via Lattea nell’orbita della galassia nana.

Questi cambi di ritmo hanno portato allo spargimento di più stelle laddove GSE ha sostato più a lungo. L’inclinazione dell’alone stellare invece indica che GSE ha incontrato la Via Lattea con un angolo incidente non dritto. Nel video seguente, un’enfatizzazione di come l’alone galattico sarebbe inclinato e allungato. Credits: Melissa Weiss, Center for Astrophysics Harvard & Smithsonian

L’alone di materia oscura

“L’alone stellare inclinato suggerisce fortemente che anche l’alone di materia oscura sottostante sia inclinato” ha affermato Charlie Conroy, professore di astronomia presso l’Università di Harvard e coautore dello studio. “Un’inclinazione nell’alone della materia oscura potrebbe avere conseguenze significative per la nostra capacità di rilevare particelle di materia oscura nei laboratori sulla Terra”.

Sapere che questo alone non è omogeneo ma che al suo interno ci sono dei punti di densità più alta, potrebbe anche fornire coordinate molto più precise ai nostri rivelatori di materia oscura. Mentre la Terra si muove attraverso la Via Lattea, osserverà queste regioni di particelle di materia oscura dense e ad alta velocità. Ciò aumenterà le probabilità di rilevamento.

Studi come questo non solo aprono gli orizzonti della ricerca di una delle componenti più ermetiche e misteriose del nostro universo come la materia oscura, ma aiutano a rispondere ad alcune delle domande più diffuse riguardanti la nostra casa, la Via Lattea.

Lo studio, pubblicato su The Astronomical Journal, è disponibile qui.

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