Utilizzando l’interferometro millimetrico NOEMA (NOrthern Extended Millimeter Array) sulle Alpi francesi, un team internazionale di ricercatori guidato da astronomi del Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) ha mappato futuri vivai stellari in una galassia al di fuori della Via Lattea: la galassia Vortice (Whirpool Galaxy, o Messier 51).
Queste estese regioni di gas freddo e denso sono state caratterizzate con dettagli senza precedenti, che stanno fornendo informazioni sulle diverse condizioni favorevoli alla formazione stellare.
I risultati di questa ricerca sono rivoluzionari per questo tipo di misurazioni. Hanno consentito agli scienziati, per la prima volta, di esaminare le prime fasi della formazione stellare oltre la Via Lattea sulle singole nubi di gas che danno vita alle stelle.
Le misurazioni fanno parte di un programma di osservazione completo denominato SWAN (Surveying the Whirlpool at Arcsecond with NOEMA), co-guidato da Schinnerer e Frank Bigiel dell’Università di Bonn, che ha sfruttato 214 ore di osservazione con NOEMA. A queste si sommano circa 70 ore di altre campagne di osservazione con il telescopio a parabola unica da 30 metri nel sud della Spagna.
Individuare vivai di nuove stelle tracciando specifiche molecole
Per studiare le prime fasi della formazione stellare, dove il gas si contrae e collassa per produrre le stelle, vanno innanzitutto identificate queste regioni. Per farlo, gli scienziati misurano la radiazione emessa da molecole specifiche, che sono particolarmente abbondanti in queste zone estremamente fredde e dense.
Si utilizzano tipicamente molecole come HCN (cianuro di idrogeno, o acido cianidrico) e N2H+ (diazenilio). Tracciando queste molecole e coprendo varie zone caratterizzate da condizioni diverse, i ricercatori sono stati in grado di misurare queste firme chimiche in grande dettaglio.
Per individuarle, si cercano le collisioni con le molecole di idrogeno. Infatti, a seguito di una riduzione della velocità di rotazione, il cianuro di idrogeno e il diazenilio emettono radiazioni con una lunghezze d’onda caratteristica, circa pari a 3 millimetri. All’interno del programma SWAN, il team mira a studiare la distribuzione di varie molecole all’interno dei 20mila anni luce interni della galassia Vortice.
Le proprietà del gas dipendono dall’ambiente
La galassia Vortice si trova a circa 28 milioni di anni luce da noi. Osservandola da una così grande distanza, possiamo distinguere le tracce delle singole nubi di gas in diverse aree, come il centro e i bracci a spirale.
Mentre l’intensità della radiazione dell’acido cianidrico e del diazenilio aumenta e diminuisce costantemente attraverso i bracci della spirale, fornendo risultati altrettanto affidabili per determinare la densità del gas, gli astronomi hanno riscontrato una notevole deviazione nel centro galattico.
Rispetto al diazenilio, la luminosità dell’emissione di cianuro di idrogeno aumenta in modo più significativo in questa regione. Sembra che ci sia un meccanismo che stimola l’acido cianidrico a emettere luce aggiuntiva, cosa che non si osserva nel diazenilio.
I ricercatori sospettano che il responsabile sia il nucleo galattico attivo che circonda il buco nero supermassiccio centrale di M51. Prima che il gas cada nel buco nero, forma un disco rotante, accelera a velocità elevate e viene riscaldato fino a migliaia di gradi per attrito, emettendo intense radiazioni. Questa radiazione potrebbe contribuire parzialmente all’ulteriore emissione di molecole di cianuro di idrogeno.
Le prospettive presenti e future
Gli scienziati hanno impiegato circa un anno per l’analisi dei dati NOEMA. E per mappare nel dettaglio le molecole nelle zone in cui la loro densità è minore è necessaria una sensibilità aggiuntiva, che si ottiene solo attraverso un periodo di osservazione notevolmente più lungo.
La prospettiva di esplorare in dettaglio le prime fasi delle galassie esterne alla Via Lattea, però, dà speranza agli scienziati. Una visione così chiara della galassia Vortice non è neppure pensabile per la Via Lattea: determinare l’esatta struttura e posizione dei bracci e delle nubi a spirale della nostra Galassia è considerevolmente più impegnativo.
Tuttavia, le molecole individuate dagli scienziati brillano in maniera eccezionalmente intensa nella galassia Vortice. Per le altre galassie, i telescopi e gli strumenti devono essere molto più sensibili. Ma il Very Large Array di prossima generazione (ngVLA), attualmente in fase di pianificazione e le cui attività dovrebbero cominciare entro dieci anni, sarà probabilmente sufficientemente potente per questa esplorazione galattica.
Lo studio è reperibile qui in versione pre-print.
