Un team di astronomi ha utilizzato i dati raccolti dal telescopio spaziale Hubble della NASA per realizzare uno “scavo archeologico cosmico” nel cuore della nostra galassia, scoprendo cosa è accaduto nelle fasi iniziali di formazione della Via Lattea.
Scrutando in profondità nel bulge galattico, i ricercatori hanno scoperto per la prima volta una popolazione di nane bianche molto vecchie, resti di stelle che in tempi lontani abitavano le zone centrali della nostra galassia. Trovare reliquie come queste può fornirci informazioni preziose su epoche antichissime, molto precedenti alla formazione del Sole e della Terra.
A sinistra: un’immagine ottenuta con telescopi da Terra del centro della Via Lattea. Come si vede, la vista è oscurata dalla presenza di polvere lungo il piano galattico. In alto a destra: Una piccola sezione del campo di vista di Hubble puntato sul bulge della Galassia. In basso a destra: Nei 4 campi, 4 delle 70 nane bianche scovate da Hubble, sulla base della loro temperatura, luminosità e movimento rispetto al Sole. I numeri ne indicano la posizione nel campo di vista più ampio, nel box superiore. Crediti: NASA/ESA/A. Calamida e K. Sahu (STScI) e il SWEEPS Science Team; per l’immagine da Terra: A. Fujii
Le osservazioni realizzate dal team Hubble sono lo studio più profondo e dettagliato della struttura centrale della Galassia, il suo esteso rigonfiamento, chiamato anche “bulge”, che si trova al centro del disco di stelle giovani, all’interno del quale risiede il nostro Sistema solare.
Come accade per ogni reperto archeologico, le nane bianche raccontano la storia di un’epoca passata. Questi resti stellari, infatti, contengono informazioni riguardanti stelle che brillavano circa 12 miliardi di anni fa, e che al termine della propria vita sono collassate a formare stelle piccole e dense, che emettono luce a causa della loro elevata temperatura. Mentre si raffreddano e si spengono, diventano reperti grazie ai quali è possibile studiare gli albori della Via Lattea.
L’analisi dei dati di Hubble indica che il bulge della nostra galassia si è formato per primo e che le stelle al suo interno sono nate molto rapidamente, più o meno entro un lasso di tempo di 2 miliardi di anni. Le altre stelle, quelle di seconda e terza generazione che ora si trovano lungo il disco, si sarebbero invece formate in un secondo momento.
«Osservare il bulge galattico è estremamente importante, perché è l’unico che possiamo studiare così in dettaglio», ha spiegato Annalisa Calamida dello Space Telescope Science Institute (STScI) a Baltimora, autrice principale dell’articolo pubblicato di recente su The Astrophysical Journal. «Nelle galassie lontane è possibile osservare le zone centrali, ma non si riescono a risolvere al loro interno stelle deboli come le nane bianche. Il bulge della Via Lattea comprende al suo interno quasi un quarto della massa stellare della galassia. Caratterizzare le proprietà delle stelle che lo compongono può quindi fornire informazioni importanti per comprendere la formazione della nostra galassia e di galassie distanti simili alla nostra».
La campagna osservativa di Hubble ha scoperto anche che la popolazione di stelle di piccola massa presente nel rigonfiamento è più numerosa rispetto a quella nel disco. «Questo risultato suggerisce che l’ambiente nel bulge potrebbe essere diverso da quello del disco, implicando un meccanismo di formazione stellare differente», ha detto Calamida.
Le osservazioni hanno una sensibilità tale da permettere a gli astronomi di stanare il flebile bagliore delle nane bianche. Le analisi hanno riguardato in tutto 70 nane bianche, selezionate per temperatura tra decine di migliaia di stelle in una piccola regione del bulge.
Questi resti di stelle sono oggetti piccoli ed estremamente densi. Hanno circa le dimensioni della Terra, ma una densità 200.000 volte maggiore. Un cucchiaino di materiale che costituisce una nana bianca peserebbe circa 15 tonnellate. Le loro piccole dimensioni le rendono così fioche che osservarle da quella distanza è impegnativo quanto cercare di vedere il bagliore di una torcia tascabile che si trovi sulla Luna. Gli astronomi hanno utilizzato le immagini di Hubble, che grazie alla loro nitidezza hanno permesso di distinguere le stelle del bulge dalla miriade di stelle del disco, che si trovavano in primo piano, e hanno potuto tracciare le loro orbite al passare del tempo. Il team è riuscito ad ottenere questo risultato analizzando una serie di immagini dello stesso campo, in cui si trovano 240.000 stelle, osservato a distanza di 10 anni. Il lungo periodo di tempo ha permesso di ottenere misure molto precise del movimento delle stelle, nonché di selezionarne 70.000 appartenenti al bulge. Le stelle che fanno parte del bulge, infatti, si muovono ad una velocità diversa rispetto a quelle del disco, e questo ha permesso agli astronomi di identificarle.
La regione puntata fa parte del Sagittarius Window Eclipsing Extrasolar Planet Search (SWEEPS) e si trova a 26.000 anni luce di distanza. La porzione di cielo, insolitamente priva di polvere, offre una finestra osservativa ottimale verso il centro della Via Lattea. L’Advanced Camera for Surveys a bordo di Hubble ha raccolto le osservazioni nel 2004 e tra il 2011 e il 2013.
«La possibilità di confrontare tra le posizioni delle stelle a distanza di 10 anni ci ha permesso di misurare i loro movimenti con accuratezza», ha spiegato Kailash Sahu dell’STScI, a capo dello studio. «Gli spostamenti ci hanno permesso di distinguere tra loro stelle del disco, del bulge e dell’alone».
I ricercatori hanno identificato le nane bianche analizzando i colori delle stelle del bulge e facendo poi un confronto con i modelli teorici. Le nane bianche più calde appaiono più blu rispetto alle stelle simili al Sole. Quando le nane bianche invecchiano, si raffreddano e diventano più deboli, e diventa difficile rivelarle anche per gli occhi sensibili di Hubble.
«Queste 70 nane bianche rappresentano la punta di un iceberg», ha dichiarato Sahu. «Stimiamo che il loro numero totale si aggiri attorno alle 100.000 in questa piccola porzione del bulge. I telescopi del futuro come il James Webb Space Telescope della NASA ci permetteranno di osservare quasi tutte le stelle del bulge, fino a quelle più deboli, che oggi sono invisibili anche per Hubble».
Il team ha in programma di aumentare il campione di nane bianche analizzando altre parti del campo SWEEPS. Questa estensione dello studio potrebbe portare ad una stima più precisa dell’età del bulge galattico e potrebbe permettere di determinare se i processi di formazione stellare nelle prime fasi di vita del bulge erano diversi da ciò che si osserva oggi nel disco della Galassia.