VISTE CON GAIA E CON LA SLOAN DIGITAL SKY SURVEY

Stelle lente e “anemiche” nel disco della Via Lattea

Un team guidato da Daniela Carollo, ricercatrice dell’Inaf di Torino, ha individuato una nuova popolazione di stelle presenti nel disco della nostra galassia: ruotano lentamente, a circa 150 km al secondo, e sono povere di metalli. I risultati su The Astrophysical Journal

     06/12/2019
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La via Lattea fotografata dalle montagne cilene. Crediti: G. Hüdepohl/Eso

Un nuovo studio guidato da Daniela Carollo – ricercatrice dell’Istituto nazionale di astrofisica – sulla cinematica e composizione chimica di un campione di stelle nelle vicinanze del Sole ha rivelato che le stelle che costituiscono il disco spesso della nostra Galassia, la Via Lattea, appartengono a due distinte popolazioni stellari con caratteristiche differenti – e non ad una sola, come si è pensato negli ultimi decenni.

La nuova componente del disco spesso, denominata metal weak thick disk (o Mwtd, disco spesso povero di metalli, in breve) si distingue da quella canonica, il thick disk (Td, disco spesso), in particolare per la velocità di rotazione attorno al centro galattico  e per la composizione chimica. Infatti le stelle che compongono il Td hanno una velocità di rotazione di circa 180 km al secondo, mentre quelle del Mwtd ruotano più lentamente, a circa 150 km al secondo. Le stelle appartenenti al Mwtd sono inoltre più povere di metalli di quasi due volte rispetto a quelle del Td e hanno una maggiore energia, proprietà che le permette di raggiungere distanze dal piano galattico più elevate.

«Erano più di vent’anni che si cercava di risolvere questo puzzle», commenta Carollo, in forza all’Inaf di Torino, prima autrice dell’articolo che descrive la scoperta, appena pubblicato sulla rivista The Astrophyiscal Journal. «Infatti, si pensava che il Mwtd non fosse altro che un’estensione del disco spesso e non una popolazione indipendente con origini astrofisiche diverse».

Gli accuratissimi parametri forniti dalla missione dell’Esa Gaia (posizioni, distanze e moto intrinseco delle stelle) e l’informazione chimica su un campione di 40mila stelle della Sloan Digital Sky Survey (Sdss) hanno permesso al team di distinguere il Mwtd in un diagramma dove si riportano i momenti angolari combinati con la chimica.

«I momenti angolari sono quantità che si conservano durante la formazione e successiva evoluzione di un sistema fisico come la nostra galassia», spiega Carollo. «Quindi, in un diagramma accurato dei momenti angolari, le stelle portate nella Via Lattea da uno stesso progenitore, come per esempio da una precedente fusione di una galassia satellite, avranno momenti angolari simili e tenderanno a raggrupparsi nel diagramma».

Il Td e Mwtd formano due gruppi distinti nel suddetto diagramma, così come nella chimica. In astronomia sono definiti “metalli” gli elementi più pesanti di idrogeno ed elio i quali si sono formati durante il Big Bang. Gli altri elementi, più pesanti, sono stati prodotti durante la nucleo-sintesi di stelle massicce, poi esplose come supernove. Un particolare gruppo di elementi leggeri come, per esempio, il magnesio e il titanio, quando rapportati ad elementi più pesanti, come il ferro, forniscono un parametro fondamentale che permette di distinguere popolazioni di stelle vecchie da quelle di stelle più giovani. Ebbene, il Mwtd non solo possiede stelle più povere di metalli, ma quelle stelle sono anche più ricche di elementi del gruppo del magnesio e del titanio (elementi-alfa) che suggerisce una formazione antecedente al Td.

Queste importanti differenze tra il Td e il Mwtd, vale a dire la cinematica e la chimica delle loro stelle, suggerisce che i due dischi abbiano avuto una origine diversa durante il processo di formazione della Via Lattea.

Ma come si è potuto formare un secondo disco spesso nella nostra galassia? Le ipotesi sono molteplici: il Mwtd potrebbe essere più vecchio del Td e le stelle che lo compongono potrebbero essere state energizzate da una fusione di una galassia satellite nana con la Via Lattea, durante i suoi primi periodi di formazione. Successivamente, la fusione di una seconda galassia satellite avrebbe dato origine al Td.  Un’altra possibilità è che le stelle del Mwtd si fossero originariamente formate in una zona più vicina al centro della galassia primordiale e successivamente fossero state trasportate a distanze più grandi, più vicine a dove si trova ora il Sole, da fenomeni interni come le instabilità della barra centrale o la formazione dei bracci a spirale della galassia.  Oppure, anticamente, una galassia satellite di massa simile alla piccola Nube di Magellano si è fusa con la galassia primordiale e le sue stelle hanno preso a ruotare attorno al centro galattico a causa della mutua interazione gravitazionale.

Tutte queste ipotesi potranno essere testate attraverso i modelli teorici e le simulazioni di formazione di galassie come la Via Lattea.

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