Nell’arco di una decina di anni abbiamo assemblato i cataloghi più completi ed omogenei di RR Lyrae di campo. Le RR Lyrae sono stelle variabili che oscillano radialmente con tempi scala che variano da poche ore a circa un giorno e sono ottimi indicatori di distanza (3-5 per cento di accuratezza) e traccianti di popolazione stellare antica (dieci miliardi di anni e oltre) nella Via Lattea e nelle galassie vicine. Da questo punto di vista le RR Lyrae possono essere considerate l’equivalente di quello che i fari sono per i naviganti: non appena vengono identificate siamo in grado di stimare la loro posizione e la loro distanza. I naviganti utilizzano i fari per stimare la loro distanza dalla costa, noi utilizziamo le RR Lyrae per ricostruire la struttura 3D della Via Lattea.
RR Lyrae virata artificialmente in diverse tonalità cromatiche. Crediti: Inaf
In questo contesto le informazioni spettroscopiche giocano un ruolo determinante perché ci consentono di poter misurare la loro velocità lungo la linea di vista (velocità radiale) e la loro abbondanza di ferro. Queste informazioni, unite ai moti propri (componente tangenziale della velocità) e alle distanze fornite dal satellite astrometrico Gaia, ci consentono di ricostruire la struttura “a sei dimensioni” della Via Lattea, a cui vanno aggiunte le informazioni sulla composizione chimica. Sulla base di questa notevole mole di dati siamo stati in grado di integrare le loro orbite e quindi di investigare indietro nel tempo e nello spazio le epoche iniziali di formazione ed evoluzione della Via Lattea. Questa è una caratteristica unica dei traccianti di popolazione antiche perché forniscono un’evidenza diretta delle condizioni fisiche durante la formazione della nostra nostra galassia.
Uno dei risultati più rilevanti del nostro articolo in uscita su The Astrophysical Journal è quello di aver identificato una frazione significativa di RR Lyrae nelle principali componenti della nostra galassia (alone, disco spesso, disco sottile) e di aver trovato che presentano proprietà simili. Questa solida evidenza empirica suggerisce che la formazione di queste componenti sia avvenuta su tempi scala relativamente rapidi (1-2 miliardi di anni), supportando quindi il modello di formazione galattica (collasso monolitico) suggerito negli anni Sessanta da Eggen, Sandage e Lynden-Bell. La differenza principale è nelle distribuzione dei metalli, in quanto diventano sistematicamente più ricche di metalli nel muoversi dall’alone al disco spesso e al disco sottile. La storia di arricchimento chimico di un sistema stellare è un fenomeno molto complesso perché dipende da diversi fattori astrofisici. I nostri risultati suggeriscono, in accordo con i modelli di evoluzione chimica, che l’ambiente, e in particolare il profilo di densità, abbia giocato un ruolo determinate nella fasi iniziale di formazione della nostra galassia.
L’accuratezza delle distanze e la dimensione del campione analizzato ci hanno consentito di identificare, utilizzando diversi criteri cinematici, anche le RR Lyrae associate ai più popolosi stream stellari presenti nella nostra galassia (Gaia-Sausage-Enceladus, Sequoia, Sagittarius, Helmi). La loro caratterizzazione si è rivelata più complicata del previsto, perché sono spesso a notevole distanza e le informazioni che abbiamo sulla loro composizione chimica sono molto limitate. Nonostante il nostro campione sia lontano dall’essere completo, i risultati preliminari del nostro articolo suggeriscono che il contenuto stellare della nostra galassia sia stato arricchito da diversi fenomeni di accrescimento, come indicato dal modello di formazione galattica suggerito sul finire degli anni Settanta da Searle e Zinn.
Il lavoro di creazione e mantenimento di questi grandi database è stato un lavoro lungo e in diversi aspetti anche certosino, ma il gioco valeva la candela: ci ha infatti consentito di investigare non solo la formazione della nostra galassia ma anche di fare un confronto con le popolazione stellari antiche (ammassi globulari, giganti rosse dell’alone) della galassia di Andromeda (M31). Abbiamo trovato che i gradienti radiali di metallicità di queste due galassie sono molto simili, nonostante le differenze in massa totale e nella loro storia di accrescimento, suggerendo che abbiano esperito meccanismi simili di formazione e di arricchimento chimico. Da questo punto di vista, i traccianti delle popolazioni stellari antiche possono essere considerati come dei “fossili viventi” che ci consentono di tracciare indietro nel tempo e nello spazio le epoche iniziali della formazione delle galassie.
Ci sembra molto interessante fare notare come a 75 anni dalla scoperta di Baade sulle popolazioni stellari (basata sull’assenza di RR Lyrae nelle lastre fotografiche di M31 che lui aveva preso al telescopio Palomar) e dall’impatto che questa ha avuto sulla scala delle distanze cosmiche, le RR Lyrae galattiche ed M31 siano di nuovo cruciali per comprendere i meccanismi e i tempi scala che hanno portato alla formazione e all’evoluzione delle galassie.
Per saperne di più:
- Leggi il preprint dell’articolo in uscita su The Astrophysical Journal “On the Use of Field RR Lyrae as Galactic Probes – VIII. Early Formation of the Galactic Spheroid”, di G. Bono et al.
- Leggi l’articolo in inglese sul sito istituzionale Inaf