STUDIO SULLA RELAZIONE TRA STELLE E GALASSIE

Galassie e società: un’analogia possibile

Le proprietà delle stelle in una galassia dipendono in maniera molto stringente dall’ambiente locale in cui si trovano e dalle caratteristiche globali della galassia stessa. Queste relazioni sono ora dimostrate per la prima volta in modo quantitativo da uno studio pubblicato su Mnras da Stefano Zibetti e Anna Gallazzi dell’Inaf di Firenze

     07/04/2022
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Anna Gallazzi e Stefano Zibetti all’Inaf di Arcetri (Firenze). Crediti: Inaf

Le proprietà delle stelle dipendono dall’ambiente circostante? Se sì, in che modo?
La risposta è in uno studio pubblicato ieri su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society firmato da Stefano Zibetti e Anna Gallazzi dell’Inaf di Firenze. In questo lavoro viene dimostrato per la prima volta in termini quantitativi che le proprietà delle stelle (età e arricchimento chimico) in una galassia dipendono in maniera molto diretta dall’ambiente locale, più precisamente dalla densità di massa nella posizione in cui queste stelle si trovano all’interno della galassia stessa. Era già noto che l’età delle stelle e la loro metallicità variasse in modo molto stretto con la densità della galassia: le stelle più giovani e meno ricche di elementi pesanti derivanti dalla nucleosintesi stellare si trovano nelle zone periferiche della galassia dove la densità di stelle è minore. Ne parliamo con i due autori.

Stefano Zibetti, quali sono le principali novità del vostro studio?

La galassia a spirale Ngc 0001, di 60 miliardi di masse solari. Si nota che le regioni centrali più dense presentano una metallicità più elevata (rosso scuro nella massa a falsi colori) rispetto alle regioni a più bassa densità (arancione chiaro/giallo nelle mappe a falsi colori). Crediti: Zibetti et al./Califa

«Abbiamo dimostrato grazie a dati di spettroscopia integral field (una tecnologia relativamente recente che consente di mappare le proprietà spettrali su una regione di cielo estesa) che esistono relazioni fisiche molto precise che legano le proprietà delle stelle alle caratteristiche locali e globali della galassia in cui si trovano. Queste relazioni sono essenzialmente indipendenti dal tipo di galassia, e grazie a questi risultati siamo ora in grado di predire le caratteristiche delle stelle a partire dalla densità della galassia nel punto in cui si trovano (proprietà locale). In più, abbiamo scoperto che queste relazioni vengono modulate in base alla massa della galassia (proprietà globale) e, cosa più importante, la massa globale di una galassia determina quali sono le condizioni locali possibili al suo interno (in particolare qual è la massima densità che si può raggiungere all’interno di una galassia). In sintesi possiamo dire che sono le condizioni locali che determinano le proprietà delle stelle in una galassia, ma sono le condizioni globali che determinano le condizioni locali possibili – uno scenario “glocal” molto simile a quello che avviene nei modelli socio-economici umani».

Ci può spiegare meglio questa analogia?

«Possiamo pensare alle stelle come a delle vere e proprie popolazioni (gli astrofisici parlano infatti di popolazioni stellari) che vivono entro i confini di vasti Paesi (le galassie) al cui interno possiamo trovare ambienti molto diversi, da quelli urbani (le regioni ad alta densità) a quelli più rurali (le regioni a bassa densità), da quelli vicino alle metropoli (le regioni più centrali e dense) a quelli più periferici. Bene, quello che vediamo è che le popolazioni stellari in ambienti di simile densità si assomigliano molto anche guardando a galassie diverse, in modo molto analogo a quanto si osserva considerando le proprietà e gli stili di vita di popolazioni umane che sono molto simili in città di Paesi diversi, o nelle campagne di Paesi diversi. Il Paese/galassia in cui si vive ha certo una sua influenza “globale”, ma in primo luogo ciò che conta è l’ambiente locale».

Anna Gallazzi, come siete arrivati a questi risultati?

«Abbiamo utilizzato un metodo, elaborato durante la mia tesi di dottorato, che si basa su moderne tecniche di analisi statistica (denominate “bayesiane”) per determinare le età e le metallicità delle stelle a partire da un set ottimale di misure osservative. Il vantaggio di questo approccio è la possibilità di quantificare in modo accurato non solo i parametri fisici ma soprattutto le incertezze ad essi associate dovute alle assunzioni fisiche sottostanti. Questo è fondamentale in un problema di elevata complessità in cui le osservazioni possono essere spiegate da diverse combinazioni di parametri fisici. Il metodo è stato perfezionato e abbiamo sviluppato dei nuovi modelli per tenere in conto delle condizioni fisiche locali, di interesse in questo studio e non solo di quelle globali. Ci siamo avvalsi dei dati di spettroscopia integral field della survey Califa, ottenuti con lo spettrografo Pmas/Ppak di Calar Alto. Questo studio dimostra come osservazioni ormai non più nuovissime (per i tempi della ricerca) possano rappresentare ancora una miniera per esplorare le proprietà fisiche delle stelle nelle galassie e il loro percorso di formazione utilizzando tecniche di analisi avanzate».

Mappe di alcune caratteristiche delle galassie osservate dalla survey Califa. Crediti: Califa collaboration

Il vostro articolo ha una lista d’autori insolitamente ristretta, di due sole persone – si potrebbe dire “fatto in casa”: una scelta o una necessità?

[La risposta arriva all’unisono, nda] «In effetti si potrebbe dire letteralmente “fatto in casa” – in effetti la stessa casa! – essendo stato scritto in tempo di pandemia. In realtà, più che della pandemia, questo è soprattutto il risultato di un approccio non mainstream, che spesso siamo portati ad adottare anche quando utilizziamo dati di grandi collaborazioni internazionali. Competere sulle analisi più ovvie che possono essere fatte sui dati contro gruppi di ricerca di istituti esteri, che possono contare su vari studenti, dottorandi e postdoc, è praticamente impossibile non avendo tutte queste risorse umane a disposizione. Per questo motivo cerchiamo sempre di “leggere” i dati con approcci e metodologie particolarmente originali che, oltre ad essere molto stimolanti per la comprensione dell’universo, ci permettono anche di eludere, se così si può dire, la concorrenza. Facciamo di necessità virtù e cerchiamo di vincere la sfida con questo».

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