Per la prima volta è stata misurata in modo diretto l’azione dei raggi cosmici all’interno di una nebulosa di formazione stellare, aprendo una nuova finestra sul complesso equilibrio fisico e chimico che governa la nascita delle stelle. Il risultato è stato ottenuto da un team guidato dal Technion (Israel Institute of Technology) grazie alle capacità del telescopio spaziale James Webb (Jwst), puntato verso la nebulosa Barnard 68, a circa 400 anni luce dalla Terra.
I risultati sono usciti ieri su Nature Astronomy, con un’analisi complementare pubblicata su The Astrophysical Journal in collaborazione con la Johns Hopkins University. Si tratta di una misura senza precedenti, che consentirà ai ricercatori di mappare le proprietà dei raggi cosmici nello spazio, facendo luce sui processi di formazione stellare nella nostra galassia.
Barnard 68 è la nube oscura che si trova a destra della Nebulosa Serpente. Nell’immagine si vedono altre nubi oscure del catalogo Barnard. Crediti: Legacy Surveys / D.Lang (Perimeter Institute) & Meli Thev / Wikimedia
Nonostante il nome, i raggi cosmici non hanno nulla a che fare con la radiazione elettromagnetica. Si tratta invece di particelle di materia – protoni, elettroni e nuclei atomici – che permeano lo spazio galattico e viaggiano a velocità prossime a quella della luce. I raggi cosmici hanno un’influenza decisiva sul processo di formazione delle stelle. Stelle come il Sole si formano attraverso il collasso gravitazionale di nubi di gas e polveri nella. Grazie alla loro elevata energia, le particelle dei raggi cosmici possono penetrare in profondità all’interno di una nebulosa e riscaldarne il gas, ritardando così il collasso e la nascita di una stella. Oltre al riscaldamento, la ionizzazione indotta dai raggi cosmici svolge un ruolo chiave nella chimica delle nebulose ed è coinvolta nella formazione di molecole come l’acqua, l’ammoniaca, il metanolo e molte altre.
Marco Padovani, primo ricercatore dell’Inaf di Arcetri. Crediti: Inaf
Per misurare la radiazione cosmica, il team di ricerca ha osservato con il Jwst Barnard 68, una zona di formazione stellare fredda e densa, detta anche nebulosa oscura. Barnard 68 è situata a 400 anni luce dalla Terra, nella costellazione dell’Ofiuco, e la sua temperatura è compresa tra 10 e 20 kelvin, poco al di sopra dello zero assoluto. La nebulosa Barnard 68 ha un diametro di circa un terzo di anno luce e una massa pari a circa il doppio di quella del Sole. Tra circa 200mila anni dovrebbe collassare, dando origine a una nuova stella.
La misura diretta dell’attività dei raggi cosmici all’interno di una nebulosa galattica era un risultato atteso da tempo, sottolinea Marco Padovani dell’Inaf di Arcetri, coautore di entrambi gli studi. «Il punto forte è che siamo in uno di quei casi in cui non è la teoria a interpretare le osservazioni a posteriori, ma sono le osservazioni a verificare la teoria».
Sono in particolare due le predizioni teoriche verificate con i dati di Jwst, sottolinea Padovani: «Avevamo già previsto in un paio di lavori precedenti che il James Webb sarebbe riuscito a vedere l’emissione nel vicino infrarosso dovuta ai raggi cosmici che eccitano l’idrogeno molecolare. Ora, con il nuovo articolo su Nature Astronomy, abbiamo ottenuto una prova inequivocabile di questa predizione».
«È stato poi possibile osservare, come riportato nell’articolo pubblicato su The Astrophysical Journal, come varia l’emissione nel vicino infrarosso attraverso tutto il nucleo prestellare Barnard 68. In particolare, si è visto che tale emissione diventa sempre più debole andando verso il centro, dove la densità è più alta, il che significa che i raggi cosmici vengono attenuati mentre si propagano dentro le nubi. E questo fatto lo avevamo previsto io, Daniele Galli e Al Glassgold in uno studio del 2009».
Attualmente le misure effettuate dalla Stazione spaziale internazionale e dalle sonde Voyager 1 e 2 permettono di studiare i raggi cosmici nelle vicinanze del Sistema solare, ma le loro proprietà su scala galattica – e in particolare all’interno delle nebulose di formazione stellare – sono tuttora tra i grandi punti di domanda dell’astrofisica moderna. Dopo le recenti conferme, le nebulose potrebbero essere utilizzate come enormi rivelatori naturali di particelle – grandi quanto decine di migliaia di sistemi solari – aprendo la strada al primo studio sistematico di come i raggi cosmici si propagano nelle galassie e di come regolano il processo di formazione stellare.
Per saperne di più:
- Leggi su Nature Astronomy l’articolo “Direct detection of cosmic-ray-excited H2 in interstellar space”, di Shmuel Bialy, Amit Chemke, David A. Neufeld, James Muzerolle Page, Alexei V. Ivlev, Sirio Belli, Brandt A. L. Gaches, Benjamin Godard, Thomas G. Bisbas, Paola Caselli, Arshia M. Jacob, Marco Padovani, Christian Rab, Kedron Silsbee, Troy A. Porter e Ekaterina I. Makarenko
- Leggi su The Astrophysical Journal l’articolo “JWST Observations of Cosmic-Ray-excited H2 in Barnard 68: Spatial Variations and Constraints on Cosmic-Ray Attenuation”, di David A. Neufeld, Kedron Silsbee, Alexei V. Ivlev, Shmuel Bialy, Brandt A. L. Gaches, Marco Padovani, Sirio Belli, Thomas G. Bisbas, Amit Chemke, Benjamin Godard, James Muzerolle Page e Christian Rab