LO STUDIO CONDOTTO SU 140MILA GALASSIE

Più stelle massicce nell’universo più caldo

Le galassie lontane formano più stelle massicce rispetto alle galassie vicine: è questo il risultato di uno studio di un gruppo di astrofisici dell’università di Copenaghen, e cambierebbe radicalmente alcune ipotesi finora utilizzate per indagare la formazione stellare e le proprietà delle galassie

     27/05/2022
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Il campo ultra-profondo di Hubble 2012, una versione aggiornata del campo ultra-profondo di Hubble con un maggior tempo di osservazione. I nuovi dati hanno mostrato per la prima volta una popolazione di galassie lontane a redshift tra 9 e 12, tra cui l’oggetto più lontano osservato finora. Crediti: Nasa, Esa, R. Ellis (Caltech) e il teal 2012 Hudf

La Via Lattea, in media, forma l’equivalente di tre soli all’anno. Significa che può formare due stelle più massicce o quattro un po’ meno massicce e, in totale e in media, la massa stellare formata sarà quella. Ma come si decide qual è la probabilità che le stelle formate siano più o meno massicce? Gli astrofisici usano la funzione iniziale di massa (in inglese initial mass function, Imf). Si tratta di una relazione empirica che descrive, data una certa popolazione stellare – ovvero un insieme di stelle della stessa età e metallicità – la distribuzione in massa delle stelle che la compongono. Ne consegue, però, che per misurare direttamente la funzione iniziale di massa di una galassia occorre poterne risolvere le stelle. È possibile farlo – non senza incertezze – per la Via Lattea, e per pochi altri esemplari di galassie vicine nell’universo. È quando si va un po’ più lontano che cominciano i problemi – e le semplificazioni necessarie a “risolverli”. Finora, l’assunzione era che la stessa funzione iniziale di massa andasse più o meno bene dappertutto. Uno studio appena uscito su The Astrophysical Journal però mostra che non è così: nelle galassie lontane ci sarebbero tipicamente molte più stelle massicce rispetto a quelle delle galassie nel nostro vicinato cosmico.

Comprendere quante stelle di una certa massa vengano formate da una galassia è fondamentale, perché da questo dipendono una serie di altre quantità derivate: la massa stellare, innanzitutto (cioè la massa totale in stelle posseduta da una galassia), oppure il tasso di formazione stellare (quante stelle forma una galassia ogni anno). Non solo, serve anche a risolvere una serie di degenerazioni importanti, come la metallicità di una galassia (la quantità di elementi più pesanti dell’elio, che tendono ad arrossarne il colore quando la vediamo da lontano), o la sua età (perché anche le stelle vecchie arrossano il colore). Ebbene, tutti questi parametri vengono derivati o misurati assumendo una determinata distribuzione nella funzione iniziale di massa. Non solo: se cambia la massa, cambia anche il numero di supernove e di buchi neri che nascono da stelle massicce. Cambiare la distribuzione di massa nelle galassie lontane rispetto a quelle vicine, quindi, potrebbe cambiare abbastanza radicalmente le proprietà delle galassie lontane rispetto a quel che abbiamo creduto finora.

«Siamo stati in grado di vedere solo la punta dell’iceberg, e sapevamo da tempo che aspettarsi che le altre galassie assomigliassero alla nostra non era un’ipotesi particolarmente valida», dice Charles Steinhardt, professore associato all’università di Copenaghen e coautore dello studio. «Tuttavia, nessuno è mai stato in grado di dimostrare che altre galassie formano popolazioni diverse di stelle. Questo studio ci ha permesso di farlo, aprendo le porte a una comprensione più approfondita della formazione e dell’evoluzione delle galassie».

Nello studio, i ricercatori hanno analizzato la luce di 140mila galassie utilizzando il catalogo Cosmos, un grande database che raccoglie oltre un milione di osservazioni della luce delle galassie in moltissime lunghezze d’onda, dall’universo vicino a quello lontano. I ricercatori hanno notato che aggiungendo un parametro nuovo al codice utilizzato per analizzare la luce delle galassie, la temperatura del gas delle nubi nelle quali si formano le stelle, la funzione iniziale di massa cambiava fra l’universo vicino e l’universo lontano: nel primo, dove le nubi sono tendenzialmente più fredde, la quantità di stelle di piccola massa è maggiore, mentre nel secondo, dove la temperatura delle nubi è maggiore, si formano più stelle massicce.

Questa scoperta non solo risponde per la prima volta a un quesito aperto da molto tempo, ma ha anche delle implicazioni sull’intera storia di formazione stellare delle galassie e sul motivo per il quale esse smettono di formare stelle. Dato che le stelle massicce hanno un ciclo di vita più breve, si può facilmente dedurre che le galassie meno massicce continuano a formare stelle, mentre quelle più massicce smettono prima. Si tratta di uno schema generale che risponde, almeno in parte, a un’altra questione a lungo dibattuta nell’astrofisica delle galassie: come e quando le galassie smettono di formare stelle?

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