RALLENTA IL DECLINO SUCCESSIVO AL MEZZOGIORNO COSMICO

Puffy disk, il segreto per una lunga vita galattica

Dimmi che disco hai, ti dirò quanto a lungo puoi sfornare stelle. È quanto prevede uno studio, pubblicato su ApJ, che ha simulato l’evoluzione delle galassie dopo il “mezzogiorno cosmico”, quando la maggior parte delle galassie smette di formare stelle a causa del riscaldamento del gas nelle regioni di formazione stellare. Quelle dotate di dischi più estesi e gonfi – “puffy” – continuerebbero invece a formare stelle molto più a lungo, fino “all’ora del tè”

     10/02/2021
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L’elisir di lunga vita, per le galassie subito dopo il mezzogiorno cosmico – epoca datata circa dieci miliardi di anni fa, in cui le galassie massicce erano al massimo della loro attività di formazione stellare – sembrerebbe essere una caratteristica strutturale. Non si può scegliere, non ci si può fare nulla: anche fra le galassie, c’è chi nasce con la camicia. O meglio, c’è chi nasce col disco spesso. Sono proprio loro, le cosiddette galassie puffy, le più longeve fra le coetanee.

Rappresentazione di venticinque galassie a disco. A sinistra, il filtro colorato evidenzia la luce emessa nella linea H-alpha dal gas interstellare, e indica la formazione stellare in corso. A destra, il filtro seleziona la luce ottica emessa dalle stelle giovani (più blu) e vecchie (più rosse). Crediti: IllustrisTng collaboration

La caratteristica che rende viva una galassia è la sua capacità di formare stelle e questa, a sua volta, è determinata dalla disponibilità di gas molecolare freddo che – nelle regioni del disco preposte alla formazione stellare, le nubi molecolari appunto – collassa gravitazionalmente. Ha inizio così la vita di un corpo celeste definito protostella che, superata una certa massa critica, può innescare processi di fusione nucleare al suo interno diventando una stella a tutti gli effetti.

Ma torniamo al nido in cui queste stelle nascono. Se cambiano le condizioni del gas, per mano esterna alla galassia – come nel caso di unione con un’altra galassia, o dell’ingresso in un ammasso – o a causa di eventi prepotenti che avvengono al suo interno – i venti generati dal buco nero centrale, ad esempio – potrebbero venire meno le condizioni necessarie affinché avvenga il collasso gravitazionale. Il gas potrebbe infatti riscaldarsi ed evaporare, o venire strappato via dal disco, compromettendo la genesi di giovani stelle. Sono proprio questi gli eventi che, subito dopo il mezzogiorno cosmico, hanno portato molte galassie a spegnersi più o meno velocemente, tranne alcune – dice uno studio pubblicato recentemente su The Astrophysical Journal.

«Dove le stelle nel disco sono più ampiamente distribuite – a formare una struttura che possiamo definire disco puffy, gonfio – il gas rimane più freddo, e può continuare a coalizzarsi sotto la gravità e a formare nuove stelle», spiega Anshu Gupta, prima autrice dell’articolo, ricercatrice dell’università del New South Wales a Sidney e membro dell’Arc Centre of Excellence in All Sky Astrophysics in 3 Dimensions (Astro 3D), in Australia. «Nelle galassie con dischi più compatti invece, il gas si riscalda abbastanza rapidamente e ben presto acquista un’energia troppo elevata per colllassare, causando l’interruzione della formazione stellare poco dopo il mezzogiorno cosmico. I dischi puffy continuano molto più a lungo, diciamo fino all’ora del tè, nel pomeriggio cosmico».

Grafico che mostra come le galassie estese o “puffy” continuino a formare stelle più a lungo nel pomeriggio cosmico rispetto a quelle compatte. Crediti: Anshu Gupta

Il lavoro di Gupta e collaboratori si colloca all’interno di un progetto teorico chiamato IllustrisTng, una serie di simulazioni cosmologiche in grado di ricostruire la nascita e seguire l’evoluzione delle galassie. Le caratteristiche fisiche del campione di galassie simulate sono state integrate e confrontate con osservazioni profonde condotte con i telescopi Keck delle Hawaii e il telescopio spaziale Hubble, in un progetto a guida australiana noto come Multi-Object Spectroscopic Emission Line (Mosel) Survey.

«I risultati significano che per la prima volta siamo stati in grado di stabilire una relazione tra la dimensione del disco e la formazione delle stelle», aggiunge Kim-Vy Tran, secondo autore dello studio e ricercatore alla University of New South Wales, a Sydney. «Così ora gli astronomi saranno in grado di guardare qualsiasi galassia nell’universo e prevedere con precisione quando smetterà di produrre stelle – subito dopo pranzo, o più tardi nel pomeriggio cosmico».

Anche la Via Lattea si è guadagnata l’appellativo di “galassia massiccia” nella fauna locale, ma molto dopo rispetto alle sue simili qui indagate. La nostra galassia è infatti una sorta di ritardatario cosmico, una galassia massiccia che sta ancora producendo stelle. Quando arrivò il mezzogiorno cosmico era infatti ancora molto piccola: conteneva appena un decimo della massa stellare che ospita oggi. Di conseguenza, il gas e la polvere al suo interno non si sono ancora riscaldati abbastanza da inibire il processo di formazione delle stelle. Tuttavia, non si tratta di una galassia estesa e puffy, e quindi – stando a questo studio – il suo destino sarà di spegnersi, più presto che tardi. Il mezzogiorno cosmico è stato molto tempo fa, e ormai si può dire che l’universo sia all’imbrunire. Non è ancora notte, ma l’attività stellare intorno a noi ha decisamente rallentato.

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