Cosa pensereste se il medico vi dicesse che il vostro peso sta da qualche parte tra 50 e 200 kg? Qualunque paziente potrebbe fare di meglio a casa propria usando una semplice bilancia. Tuttavia, c’è un paziente che non è in grado di ottenere questo risultato: la Via Lattea. Anche se oggi siamo in grado di scrutare più a fondo nello spazio rispetto a quanto abbiamo fatto in passato, abbiamo un intervallo di incertezza sul peso della nostra galassia di circa un fattore di quattro. Per questo i ricercatori del Dipartimento di Astronomia della Columbia University hanno sviluppato un nuovo metodo per ottenere un checkup fisico più preciso per la Via Lattea.
La Via Lattea è composta da circa 100 miliardi di stelle, che formano un disco stellare con un diametro di 100-200 mila anni luce. Il Sole fa parte di questa struttura, pertanto, guardando la galassia da dentro vediamo un enorme addensamento di stelle. Il grande numero di stelle che la compongono e la sua enorme estensione nel cielo rendono difficile misurare alcune grandezze fondamentali della Via Lattea, come ad esempio il suo peso.
Un team internazionale di scienziati guidato da Andreas Küpper, ricercatore presso la Columbia University, ha utilizzato un gruppo di stelle che orbitano al di fuori del disco galattico per ottenere una misura ad alta precisione del peso della Via Lattea. In uno studio pubblicato recentemente su The Astrophysical Journal, il team ha dimostrato che questi flussi di stelle prodotti dal disgregamento degli ammassi globulari possono essere utilizzati non solo per stimare il peso della Galassia, ma anche per determinare la posizione del Sole al suo interno.
La linea rossa rappresenta l’orbita di Palomar 5 all’interno dell’alone della Via Lattea. L’immagine utilizzata per illustrare la Via Lattea è stata ottenuta dal progetto Hubble Heritage (STScI / NASA)
«Gli ammassi globulari contengono da alcune migliaia a diversi milioni di stelle nate insieme in un’epoca in cui l’universo era ancora molto giovane», ha detto Küpper. «Questi oggetti orbitano attorno alla Via Lattea e nel corso di miliardi di anni si disintegrano, lasciando una scia lungo il loro cammino. Tali scie di stelle emergono in modo chiaro dal resto delle stelle per le loro caratteristiche di densità e coerenza, un po’ come le scie degli aerei si distinguono in modo chiaro dalle nuvole».
I ricercatori hanno utilizzato i dati della Sloan Digital Sky Survey, che per circa 10 anni ha raccolto osservazioni dell’emisfero settentrionale creando un catalogo estremamente dettagliato di stelle. La struttura di stelle utilizzata per testare la nuova tecnica è stata prodotta dall’ammasso globulare Palomar 5, ed era già stata scoperta nel 2001. Eduardo Balbinot, coautore dello studio e ricercatore presso la University of Surrey in Inghilterra, ha rielaborato i dati della Sloan rilevando fluttuazioni di densità nei dati di Palomar 5.
«Abbiamo osservato che le fluttuazioni erano molto pronunciate e disposte a distanze regolari lungo la scia di stelle», ha detto Balbinot. «Un comportamento di questo tipo non può essere casuale».
È proprio grazie a queste fluttuazioni che i ricercatori sono stati in grado di ottenere una misura di massa con una precisione senza precedenti. Utilizzando il supercomputer Yeti della Columbia University hanno creato diversi milioni di modelli per la struttura della Via Lattea. Da questi modelli e dal confronto tra i modelli e le osservazioni sono stati in grado di dedurre che la massa della Via Lattea, entro un raggio di 60.000 anni luce, è pari a 210 miliardi di volte la massa del Sole con un’incertezza del 20%. La struttura peculiare e la densità delle fluttuazioni hanno contribuito in modo significativo ad escludere i modelli per cui la Via Lattea troppo massiccia o troppo leggera.
Mappa della distribuzione delle stelle dell’ammasso stellare Palomar 5 (ammasso bianco centrale). Le due code mareali (in arancione) contengono 1.3 volte la massa di tutto l’ammasso e tracciano la sua orbita attorno alla Via Lattea (linea gialla). Crediti: Sloan Digital Sky Survey
«Un importante passo avanti di questo lavoro è da imputarsi ai robusti strumenti statistici, gli stessi utilizzati per studiare i cambiamenti nel genoma e per classificare siti web attraverso i motori di ricerca», ha spiegato Ana Bonaca, coautrice del lavoro e ricercatrice presso la Yale University. «Questo approccio rigoroso ci ha permesso di raggiungere l’alta precisione sulla misura di peso della Via Lattea”.
«Ci sono stati tentativi in passato di ottenere misure simili con altre strutture stellari, ma i risultati sono stati sempre abbastanza ambigui», ha aggiunto la professoressa Kathryn Johnston, coautrice dello studio e capo del Dipartimento di Astronomia della Columbia Unversity. «Il nostro risultato risolve queste ambiguità sfruttando la distribuzione di densità estremamente peculiare che ha creato Palomar 5 orbitando attorno alla Via Lattea negli ultimi 11 miliardi di anni».
In futuro i ricercatori sperano di poter sfruttare strutture simili a quella prodotta da Palomar 5 per ottenere una misura di massa ancora più precisa e quindi per avere un modello ancora più realistico della Via Lattea. A partire da queste informazioni, potremo migliorare la nostra conoscenza circa la formazione e la composizione della nostra galassia, e capire come la Via Lattea si pone a confronto con altre galassie nell’Universo.