Illustrazione dell’Osservatorio spaziale per raggi X Hitomi. Crediti: Japan Aerospace Exploration Agency (Jaxa)
Prima che la missione si è concludesse in modo imprevisto nel marzo 2016, dopo solo 38 giorni dal lancio, l’osservatorio spaziale in raggi X giapponese Hitomi era riuscito a catturare informazioni eccezionali sulla dinamica del gas caldo nell’ammasso di galassie di Perseo. Informazioni che hanno messo in luce il ruolo cruciale che ricopre il plasma caldo nell’evoluzione delle galassie.
Ora, grazie al dettaglio senza precedenti fornito dallo strumento Soft X-ray Spectrometer (Sxs), gli scienziati sono stati in grado di approfondire la composizione chimica di questo gas caldo, che svela quali fucine cosmiche abbiano formato la maggior parte di questi elementi per poi disseminarli nello spazio.
L’ammasso di Perseo, situato a 240 milioni anni luce di distanza verso la costellazione omonima, è l’ammasso di galassie più brillante nei raggi X e fra i più massicci nei paraggi della Via Lattea. Contiene migliaia di galassie legate gravitazionalmente, fluttuanti all’interno di un rarefatto gas caldo che, con la sua temperatura di 50 milioni di gradi Celsius, costituisce la fonte di emissione di raggi X dell’ammasso.
Lo spettrometro Sxs ha osservato l’ammasso per tre giorni e mezzo, tra febbraio e marzo 2016, ottenendo uno spettro straordinariamente dettagliato, i cui numerosi “picchi” hanno permesso di identificare l’intera tavolozza degli elementi chimici che compongono il gas.
Lo strumento Sxs di Hitomi ha catturato dati da due aree sovrapposte dell’ammasso di Perseo (contorni blu, in alto a destra). Lo spettro risultante rivela molti picchi di raggi X associati con cromo, manganese, nichel e ferro. Crediti: Goddard Space Flight Center Nasa
I risultati del nuovo studio, pubblicati dalla rivista Nature, indicano che la proporzione degli elementi trovati nell’ammasso è quasi identica a quella del Sole.
«Non c’era ragione di presupporre un tale risultato», commenta uno degli autori, Michael Loewenstein del Goddard Space Flight Center della Nasa. «L’ammasso di Perseo è un ambiente diverso, con una storia diversa dal nostro Sole».
Un gruppo di elementi chimici è strettamente legato a una particolare classe di esplosioni stellari, chiamata supernova di tipo Ia (uno-a). Queste esplosioni, responsabili della sintesi della maggior parte del cromo, manganese, ferro e nichel che si trovano nell’universo, si originano quando una stella nana bianca si accresce oltre un certo limite a spese di una stella compagna.
«Abbiamo calcolato che, per produrre le abbondanze chimiche osservate nel gas in mezzo all’ammasso di Perseo, occorre una combinazione di supernove di tipo Ia con masse diverse al momento dell’esplosione», spiega Hiroya Yamaguchi, sempre del Goddard, autore principale del nuovo studio. «Confermiamo che almeno circa la metà delle supernove di tipo Ia deve aver raggiunto quasi 1.4 masse solari prima di esplodere».
L’ammasso di galassie di Perseo in un’immagine composita in luce visibile (verde e rosso) e vicino infrarosso. Crediti: Robert Lupton and the Sloan Digital Sky Survey Consortium
Complessivamente, i risultati mostrano che il Sistema solare e l’ammasso di Perseo hanno sperimentato un’evoluzione chimica in larga parte simile, suggerendo che i processi di formazione stellare sono stati comparabili in entrambi i luoghi.
«Benché questo sia un singolo campione, non c’è alcun motivo di dubitare che questa somiglianza potrebbe estendersi oltre il nostro Sole e l’ammasso di Perseo, in altre galassie con proprietà diverse», conclude un altro dei partecipanti alla Collaborazione Hitomi, Kyoko Matsushita, professore di fisica presso l’Università delle Scienze di Tokyo.
Per saperne di più:
- Leggi l’articolo pubblicato su Nature “Solar abundance ratios of the iron-peak elements in the Perseus cluster”, della Hitomi Collaboration