Immagine ALMA dei densi nuclei di gas molecolare nelle galassie Antenne. L’oggetto rotondo giallo potrebbe essere il primo esempio mai identificato di ammasso globulare “prenatale”, una sorta di “uovo” cosmico pervenuto da un’epoca primordiale . Crediti: K. Johnson, U.Va.; ALMA (NRAO/ESO/NAOJ)
Gli ammassi globulari – scintillanti gruppi sferoidali di stelle, comprendenti fino a un milione di partecipanti legati da vincoli attrattivi – sono tra i più antichi oggetti dell’universo. Benché se ne trovino in abbondanza dentro e attorno a molte galassie, gli scienziati ancora non conoscono come effettivamente vengano convocati questi raduni gravitazionali, ovvero quali siano le condizioni necessarie alla creazione di nuovi ammassi globulari.
Un gruppo di astronomi, utilizzando il radiotelescopio Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) in Cile, ha ora scoperto quello che potrebbe essere il primo esempio conosciuto di un ammasso globulare in procinto di formarsi: una nube di gas molecolare incredibilmente pesante, estremamente densa, ma completamente priva di stelle.
«Potremmo essere testimoni di una delle più antiche ed estreme modalità di formazione stellare nell’universo», ha detto Kelsey Johnson, astronomo presso l’Università della Virginia e principale autore di uno studio in via di pubblicazione su Astrophysical Journal. «Questo notevole oggetto sembra come provenire direttamente dall’universo primordiale: scoprire qualcosa che ha tutte le caratteristiche di un ammasso globulare, ma che non ha ancora iniziato a formare stelle, è come trovare un uovo di dinosauro che sta per schiudersi».
Le galassie Antenne riprese dal Telescopio Spaziale Hubble nel visibile (sopra) sono state osservate con ALMA, rivelando ampie nubi di gas molecolare (riquadro centrale). Una di queste nubi (riquadro inferiore), incredibilmente densa e massiccia, non presenta segni di stelle. Crediti: NASA/ESA Hubble, B. Whitmore (STScI); K. Johnson, U.Va.; ALMA (NRAO/ESO/NAOJ); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)
Questo oggetto, che gli astronomi chiamano scherzosamente Firecracker (“il petardo”), si trova a circa 50 milioni di anni luce di distanza dalla Terra, rincantucciato tra una famosa coppia di galassie interagenti, note come le Antenne. Le forze di marea, generate dal processo di fusione in corso fra queste galassie, innescano formazione stellare a tutto spiano; formazione che si verifica in gran parte all’interno di densi ammassi.
Ciò che rende il Firecracker unico, però, è la sua straordinaria massa, le dimensioni relativamente piccole e l’apparente mancanza di stelle. Tutti gli altri ammassi globulari analoghi che gli astronomi hanno osservato fino ad oggi sono già popolati di stelle. Il calore e la radiazione emanati da queste stelle hanno notevolmente modificato l’ambiente circostante, rendendo difficile ricostruirlo per come doveva apparire nei suoi più freddi e tranquilli inizi. Grazie ad ALMA, gli astronomi sono stati in grado di trovare e studiare in dettaglio un esempio incontaminato di tale incubatore stellare, facendosi un’idea delle condizioni che possono aver portato alla formazione di molti, se non tutti, gli ammassi globulari.
«Fino ad ora, nubi di questo potenziale sono state viste solo nella loro fase adolescenziale, quando la proliferazione stellare era già cominciata. Per capire come si forma un ammasso globulare, è però necessario poter vedere la sua infanzia», ha sintetizzato Johnson.
L’ammasso globulare M80, a circa 28.000 anni luce dal Sole, contiene centinaia di migliaia di stelle. Crediti: NASA, The Hubble Heritage Team, STScI, AURA
La maggior parte degli ammassi globulari si sono formati durante un vero e proprio “baby boom” avvenuto circa 12 miliardi di anni fa. Era l’epoca in cui si formavano le galassie, impacchettando fittamente fino a un milione di stelle di “seconda generazione”, ovvero quelle stelle con concentrazioni estremamente basse di metalli pesanti, indicanti una loro precoce comparsa nel palcoscenico cosmico.
Nella Via Lattea sono conosciuti almeno 150 ammassi globulari, anche se potrebbero essercene molti di più. In tutto l’universo sono tuttora in via di formazione ammassi stellari di varie dimensioni. Secondo gli scienziati, è possibile, anche se sempre più improbabile, che i più grandi e più densi di questi diventino nel tempo degli ammassi globulari.
«Per un vigoroso ammasso di giovani stelle, le probabilità di rimanere intatto sono molto basse: circa l’uno per cento. Diverse forze esterne e interne tendono a rompere questi oggetti, sia formando ammassi aperti come le Pleiadi, che disintegrandosi completamente per diventare parte dell’alone galattico», ha spiegato Johnson.
Gli autori del nuovo studio ritengono, tuttavia, che l’oggetto osservato con ALMA, contenente 50 milioni di volte la massa del Sole in gas molecolare, sia sufficientemente denso per avere buone chances di diventare uno dei fortunati.
Il radiotelescopio ALMA al lavoro. Crediti: EFE / Ariel Marinkovic
Gli ammassi globulari si evolvono assai rapidamente dal loro stadio embrionale privo di stelle, in meno di un milione di anni. Ciò significa che l’oggetto scoperto da ALMA sta attraversando una fase molto particolare della sua vita, offrendo agli astronomi un’occasione unica per studiare una componente importante dell’universo primordiale.
Nell’esplorare le galassie Antenne, Johnson ei suoi colleghi hanno osservato la debole emissione dovuta alle molecole di monossido di carbonio, che ha permesso loro di vedere e determinare le caratteristiche delle singole nubi di polveri e gas. La totale mancanza di emissione termica – il segnale rivelatore di gas riscaldato da stelle vicine – conferma che questo oggetto appena scoperto è ancora nel suo stato originario.
I dati di ALMA indicano anche che la nube Firecracker è sottoposta a una pressione estrema, circa 10.000 volte maggiore delle pressioni tipiche interstellari. Questa evidenza fornisce sostegno a teorie precedenti secondo cui per la formazione di ammassi globulari sono richieste alte pressioni.
Secondo i ricercatori, ulteriori studi con ALMA possono rivelare esempi di proto super-ammassi di stelle nelle galassie Antenne e in altre galassie interagenti, mettendo in luce le origini di questi antichi oggetti e il ruolo che svolgono nella evoluzione galattica.
Animazione di dati ALMA rappresentanti densi nuclei di gas molecolare nelle galassie Antenna. L’oggetto rotondo giallo, circondato da una gigantesca nube molecolare, potrebbe essere il primo esempio mai identificato di ammasso globulare “prenatale”. Crediti: K. Johnson, U.Va.; ALMA (NRAO/ESO/NAOJ)
Referenze:
- Il preprint dello studio “The Physical Conditions in a Pre Super Star Cluster Molecular Cloud in the Antennae Galaxies“, di K. E. Johnson et al., in via di pubblicazione su Astrophysical Journal