Schema delle regioni centrali della galassia starburst NGC 253. Credit: Meier et al. 2015
Le galassie starburst sono note per la capacità di trasformare il gas in stelle ad un ritmo da capogiro, fino a 1000 volte superiore rispetto a quanto avviene nelle normali galassie a spirale, come la Via Lattea. Per capire perché alcune galassie presentano una super efficiente attività di formazione stellare mentre altre rimangono più tranquille, un gruppo internazionale di astronomi ha eseguito una serie di osservazioni con ALMA, l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, per analizzare le regioni di formazione stellare nel cuore di NGC 253, una delle galassie starburst più vicine che fa parte del Gruppo dello Scultore, identificandone una decina e scoprendo che sono molto più massive, almeno 10 volte più dense, e molto più turbolente rispetto ai casi analoghi che si osservano nelle normali galassie a spirale.
“Tutte le stelle si formano nelle dense nubi di polvere e gas”, spiega Adam Leroy, un astronomo del National Radio Astronomy Observatory (NRAO) e ora alla Ohio State University. “Ancora oggi, gli scienziati stanno cercando di capire che cosa avviene esattamente all’interno di queste galassie peculiari e ciò che li distingue dalle regioni di formazione stellare presenti in altre galassie”.
I nuovi dati di ALMA ci rivelano un inviluppo diffuso di monossido di carbonio (in rosso) che circonda le regioni di formazione stellare (in giallo). I dati di ALMA sono sovrapposti sull’immagine di Hubble che copre parte della stessa regione. Credit: B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (NRAO/ESO/NAOJ); A. Leroy; STScI/NASA, ST-ECF/ESA, CADC/NRC/CSA
ALMA offre un altro punto di vista, nel senso che lo strumento permette di risolvere le singole strutture di formazione stellare, persino nei sistemi più distanti. Infatti, il gruppo di Leroy ha eseguito una serie di test per verificare questa capacità strumentale mappando la distribuzione e il moto di molecole complesse presenti nelle nubi distribuite nel nucleo di NGC 253, nota anche come Galassia dello Scultore. La galassia, che ha la forma a disco e sta attualmente esibendo una intensa attività di formazione stellare, si trova a circa 11,5 milioni di anni luce. Questa incredibile vicinanza la rende un eccellente oggetto di studio per eseguire osservazioni molto dettagliate.
“Esiste una classe di galassie e una parte di esse, che chiamiamo starburst, dove sappiamo che il gas produce nuove stelle”, continua Leroy. “Per capire il perché, abbiamo considerato una delle regioni di formazione stellare più vicine a noi e la abbiamo analizzata ‘strato dopo strato’ per vedere ciò che rende il gas così efficiente per generare nuove stelle”.
L’eccezionale potere esplorativo e l’elevata sensibilità di ALMA hanno permesso ai ricercatori di identificare inizialmente 10 “incubatrici stellari” presenti nelle regioni più centrali della galassia, un risultato che non è stato possibile ottenere in precedenza con altri telescopi dato che non permettevano di distinguere individualmente le varie regioni di formazione stellare.
Successivamente gli scienziati hanno mappato nella banda millimetrica la distribuzione di 40 “indicatori” che sono associati a diverse molecole presenti nelle regioni centrali della galassia. Si è trattato di un passo fondamentale dato che molecole di vario tipo corrispondono a condizioni fisiche differenti all’interno e attorno alle regioni di formazione stellare. Ad esempio, il monossido di carbonio (CO) corrisponde agli inviluppi più massivi del gas meno denso che circonda le incubatrici stellari. Altre molecole, come l’acido cianidrico (HCN), rivelano aree più dense e maggiormente attive di formazione stellare. Molecole ancora più rare, come H13CN e H13CO+, indicano invece regioni ancora più dense.
L’immagine di ALMA relativa alle nubi di formazione stellare distribuite nelle regioni centrali di NGC 253. Le zone in rosso rappresentano la distribuzione del gas CO meno denso che circonda le regioni di formazione stellare più dense (in giallo). Credit: B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (NRAO/ESO/NAOJ); A. Leroy
Confrontando poi la concentrazione, la distribuzione e il moto di queste molecole, gli scienziati sono stati in grado di analizzare le varie regioni di formazione stellare, scoprendo che sono molto più massive, almeno 10 volte più dense, e molto più turbolente rispetto ai casi analoghi che si osservano nelle normali galassie a spirale. Queste differenze nette suggeriscono che non è tanto il numero ma anche il tipo di incubatrici stellari che spinge la galassia a creare nuove stelle. Dato che le regioni di formazione stellare contengono una grande quantità di materiale concentrato in uno spazio molto piccolo, esse rappresentano gli ambienti migliori dove si possono generare nuove stelle rispetto alle nubi di gas e polvere presenti in una galassia come la Via Lattea. Dunque, le galassie starburst mostrano dei veri cambiamenti fisici del processo di formazione stellare e non, invece, dei meccanismi a scalare che dipendono dalla riserva di materiale disponibile.
“Queste differenze hanno tutta una serie di implicazioni sull’evoluzione delle galassie. Ciò che alla fine vorremmo capire è se una starburst come la Galassia dello Scultore produca non solo stelle ma differenti tipi di stelle rispetto ad una galassia come la nostra. ALMA ci sta portando proprio verso questo obiettivo”, conclude Leroy.
Questi risultati, accettati per la pubblicazione su Astrophysical Journal, sono stati presentati ieri ad una conferenza stampa in occasione del meeting dell’American Association for the Advancement of Science (AAAS) a San Jose, in California.
arXiv: ALMA Multi-line Imaging of the Nearby Starburst Galaxy NGC 253