L’intero emisfero galattico occidentale osservato dal telescopio eRosita nei raggi X molli. Tracciano l’emissione dovuta all’ossigeno altamente ionizzato, rivela la distribuzione del gas caldo intorno alla Via Lattea. Crediti: J. Sanders, Mpe/eRosita
Una nuova mappa a tutto cielo prodotta dal telescopio eRosita mostra i raggi X emessi dal plasma caldo presente all’interno e tutt’attorno alla Via Lattea. Analizzando questi dati, un team del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (Mpe) tedesco, guidato da Nicola Locatelli dell’Istituto nazionale di astrofisica, ha scoperto che il gas – molto caldo, circa un milione di gradi, e ionizzato – mostra una distribuzione a disco simile a quella del disco stellare, ed è probabilmente parte di un alone sferico molto più grande. Il risultato è stato pubblicato su Astronomy & Astrophysics.
Per comprendere la portata di questa scoperta, occorre anzitutto ricordare che le stelle si formano dal gas in un processo senza fine – processo che si nutre sia di materiale cosmico incontaminato sia di gas riciclato da precedenti generazioni di stelle. Le galassie a spirale come la Via Lattea, tuttavia, hanno troppe stelle e troppo poco gas visibile per sostenere a lungo l’attuale livello di formazione stellare. Pertanto, gli astronomi ipotizzano l’esistenza di una grande riserva di gas – estesa forse per un diametro pari a dieci volte quello del disco stellare – distribuita tutt’attorno alla nostra galassia.
«Le galassie a spirale sono caratterizzate da una distribuzione di stelle su un piano piuttosto sottile, a forma di disco», spiega Locatelli a Media Inaf. «Nello spazio tra una stella e l’altra è presente gas a temperature anche molto diverse, un ambiente chiamato mezzo interstellare. Similmente, ma in volume mille volte maggiore, una massa almeno altrettanto grande di gas è distribuita al di fuori dal disco stellare. Tale gas, comunque attratto dalla gravità della galassia stessa, è chiamato “mezzo circumgalattico”, e la maggior parte della sua massa è finora sfuggita alle osservazioni dei telescopi in quasi tutte le bande di luce. Ne consegue che la sua precisa distribuzione geometrica nello spazio attorno alla nostra galassia non fosse ben nota, fino a oggi».
I dettagli sulla forma, le dimensioni e la quantità di materia in questo cosiddetto mezzo circumgalattico sono infatti ancora oggetto di dibattito. Ciò che è chiaro è che finora è sfuggito alla rilevazione con telescopi ottici, infrarossi o radio: pertanto, la maggior parte del gas nel mezzo circumgalattico deve essere molto caldo e a densità molto bassa, meno di mille particelle per metro cubo. A causa di queste alte temperature, il gas dovrebbe emettere raggi X, ma a causa della sua bassa densità si tratta di un’emissione debole. Più debole di quanto sia stato possibile osservare finora.
Una caratteristica distintiva che conferma l’esistenza di un gas così “sottile” e caldo è la presenza di righe d’emissione, osservabili nei raggi X, di atomi d’ossigeno altamente ionizzati: per esempio, la riga atomica “O VIII”. Il telescopio eRosita, costruito interamente presso l’Mpe, ha effettuato la prima scansione del cielo alla ricerca di emissioni di raggi X “molli” (quelli con lunghezza d’onda superiore a 0,1 nm). La mappa risultante dell’intero emisfero galattico occidentale è stata generata e convalidata all’Mpe. «La mappa non solo rivela ovunque la presenza di gas caldo intorno a noi, ma fornisce anche dettagli sufficienti per esplorare la sua geometria a un livello di dettaglio senza precedenti», dice uno degli autori dello studio, Xueying Zheng dell’Mpe, il cui lavoro fornisce la base per l’analisi della distribuzione del plasma caldo.
Distribuzione del gas caldo attorno alla Via Lattea, con le componenti principali identificate: una struttura a disco per il gas caldo al centro e una componente più grande che si estende nell’alone galattico. A titolo di confronto, viene mostrata anche la dimensione del disco stellare spesso. Crediti: Mpe
«Vediamo l’emissione di O VIII da tutte le direzioni nel cielo in raggi X molli», sottolinea Nicola Locatelli, che ha guidato l’analisi dei dati di eRosita all’Mpe. «Questo conferma la natura diffusa del gas caldo, e ora possiamo anche sondare la sua distribuzione intorno a noi».
In particolare, il team dell’Mpe ha scoperto che la geometria del gas può essere descritta da due componenti: un alone molto grande, più o meno sferico, e una componente più vicina che assomiglia al disco stellare. L’alone caldo è circa quattro volte più grande (oltre 300mila anni luce) della dimensione ottica della Via Lattea, mentre la componente vicina si estende fino alle dimensioni del disco spesso (circa 23mila anni luce, con un’altezza di tremila anni luce). A causa del suo enorme volume, l’alone caldo comprende la maggior parte della massa, ma la componente discoidale più vicina produce la maggior parte dei fotoni osservati da eRosita, essendo circa dieci volte più luminosa dell’alone.
In linea di principio, l’alta temperatura del gas può essere spiegata dall’energia iniettata nel mezzo circumgalattico dalle esplosioni di supernove provenienti dal disco di formazione stellare della Via Lattea. In uno scenario alternativo, invece, l’accrezione incontaminata da regioni ancora più lontane – il cosiddetto mezzo intergalattico, appunto – fornisce la materia prima, che viene riscaldata durante la caduta e forma così l’alone sferico.
«Quello che trovo particolarmente interessante di questo lavoro», conclude uno degli autori dello studio, Gabriele Ponti, ricercatore all’Inaf di Brera, «sono le sue implicazioni per studi futuri. Le stelle, quando esplodono, producono una buona quantità di gas caldo, che in molti casi rimane legato alla galassia stessa, seguendo proprio una distribuzione simile a quella osservata. Quindi è possibile che il gas caldo che osserviamo sia generato dalle stelle stesse. Altrimenti, il fatto che la maggior parte di questo gas si distribuisca come le stelle nel disco della nostra Via Lattea potrebbe volerci dire che una parte del segnale che noi attribuiamo a questo gas sia in realtà prodotto da una miriade di stelle deboli, che eRosita non è ancora riuscito a risolvere individualmente. Sarà interessante, in futuro, provare a capire quale di questi due scenari è quello corretto».
Per saperne di più:
- Leggi su Astronomy & Astrophysics l’articolo “The warm-hot circumgalactic medium of the Milky Way as seen by eROSITA”, di N. Locatelli, G. Ponti, X. Zheng, A. Merloni, W. Becker, J. Comparat, K. Dennerl, M. J. Freyberg, M. Sasaki e M. C. H. Yeung
Guarda l’animazione 3D del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics: