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Cartografia chimica nel disco della Via Lattea

La struttura a spirale che caratterizza la nostra galassia, la Via Lattea, lascia un'impronta nella chimica delle stelle. A scoprirla un team di astronomi guidato da Eloisa Poggio, ricercatrice all'Observatoire de la Côte d’Azur di Nizza e associata Inaf, che con i più recenti dati del satellite Esa Gaia ha costruito la mappa delle abbondanze chimiche delle stelle entro un raggio di 13mila anni luce dal Sole

     30/09/2022
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La correlazione tra le variazioni di metallicità delle stelle, mostrate in rosso (stelle più ricche di metalli rispetto alla media) e blu (stelle più povere di metalli rispetto alla media), e la struttura dei bracci a spirale della Via Lattea (cliccare per ingrandire). Crediti: E. Poggio et al. 2022

Le stelle più giovani della nostra galassia, la Via Lattea, sono disposte secondo un motivo a spirale: una trama formata da una serie di “bracci” arrotolati su se stessi, che si estendono per circa centomila anni luce attraverso il disco galattico, la cui forma e numero sono ancora oggetto di studio e dibattito all’interno della comunità astronomica. Per esplorare questa struttura a spirale e la sua origine, comune a molte galassie nell’universo, occorre conoscerne accuratamente la forma: una misura per nulla banale, complicata dalla posizione del Sole all’interno della spirale stessa, ma sempre più alla portata degli astronomi con l’avvento, negli ultimi anni, del satellite Gaia dell’Agenzia spaziale europea. Tracciando le proprietà di due miliardi di stelle – circa l’un per cento delle centinaia di miliardi di stelle che popolano la galassia – con precisione mai raggiunta prima, la missione Gaia sta infatti ridisegnando, con un livello di dettaglio elevatissimo, la mappa della Via Lattea.

Scandagliando il ricco catalogo pubblicato lo scorso giugno in occasione della terza data release di Gaia, un team guidato da Eloisa Poggio, Marie-Sklodowska Curie Fellow presso l’Observatoire de la Côte d’Azur a Nizza, in Francia, e associata all’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf), ha individuato per la prima volta l’impronta della struttura a spirale nella composizione chimica delle stelle nella Via Lattea. Lo studio, a cui hanno partecipato altre ricercatrici e ricercatori Inaf, è stato pubblicato sulla rivista Astronomy & Astrophysics.

«Per la prima volta, Gaia ha pubblicato un catalogo di abbondanze chimiche per tutto il cielo», spiega Poggio. «Questa nuova informazione, insieme alle posizioni e alle parallassi pubblicate nelle release precedenti, ci ha permesso di mappare le abbondanze chimiche nella galassia in una maniera senza precedenti: abbiamo mostrato che, nel disco della Via Lattea, le stelle che risiedono nei bracci a spirale sono più ricche di metalli, mentre quelle collocate tra un braccio e l’altro sono più povere di metalli».

C’è da precisare che gli astronomi, abituati a studiare un universo la cui materia (tralasciando le misteriose componenti di materia ed energia oscure) è formata per circa tre quarti di idrogeno e quasi un quarto di elio, chiamano “metalli” tutti gli altri elementi chimici, presenti su scale cosmiche in poco più che tracce. La metallicità delle stelle misura dunque la presenza di elementi chimici più pesanti dell’idrogeno e dell’elio, prodotti da precedenti generazioni di stelle che hanno arricchito il materiale da cui nascono nuovi astri, ed è quindi anche indice dell’età delle diverse popolazioni stellari.

La composizione chimica di una stella è un po’ come il Dna: fornisce informazioni sul luogo di nascita della stella e le sue caratteristiche, e rimane inalterata per tutta la sua vita. Per questo è possibile leggere la storia delle stelle nelle loro abbondanze chimiche.

«Le mappe chimiche, ovvero la distribuzione dei metalli nel disco galattico, dipendono fortemente dal tipo di stelle considerate», commenta Alejandra Recio-Blanco, a capo del gruppo di ricerca su Gaia all’Observatoire de la Côte d’Azur e seconda autrice dell’articolo. «Per le stelle le stelle più vecchie, si osserva prevalentemente un gradiente di metallicità in funzione della distanza dal centro galattico – come già osservato in svariati lavori precedenti – secondo il quale le stelle nelle regioni centrali della galassia sono più ricche di metalli, mentre quelle esterne più povere di metalli. Considerando invece delle stelle giovani, ci sono forti disomogeneità chimiche, che sono collocate in prossimità dei bracci a spirale».

La mappa realizzata nell’ambito di questo lavoro, che descrive la metallicità di oltre mezzo milione di stelle entro un raggio di circa 13mila anni luce dal Sole, dimostra una forte correlazione tra le differenze osservate nella composizione chimica stellare e la posizione dei bracci a spirale nel disco della Via Lattea.

«Questa “firma” suggerisce che la struttura a spirale è responsabile delle variazioni chimiche osservate, lasciando una traccia molto forte nelle stelle giovani, che va via via disperdendosi quando si osservano stelle più vecchie, che nel frattempo hanno compiuto diversi giri attorno al centro galattico», conclude Poggio. «La morfologia dei bracci a spirale è stampata sulle mappe chimiche del disco della Via Lattea, sommandosi ad altri fattori già noti come la distanza dal centro galattico. Questo può aiutarci a capire la natura e origine dinamica dei bracci a spirale, che sono state (e sono tuttora) molto dibattute».

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