Quando si pensa alla nascita di una stella si può immaginare qualcosa di turbolento e disordinato: enormi nubi di gas che collassano sotto la gravità, vortici di materia che si scontrano, rilasci di energia. Ma dietro questa apparente confusione potrebbe nascondersi un processo organizzato.
Si sa infatti che la nascita delle stelle comincia all’interno di nubi di gas e polvere che collassano sotto l’azione della gravità. Tuttavia, solo una piccola parte del materiale disponibile finisce effettivamente per formare nuove stelle e non è del tutto chiaro come il gas riesca a concentrarsi nelle regioni dove le stelle nasceranno.
Le linee di forza del campo magnetico ricostruite grazie alle osservazioni di Sofia si sovrappongono a un’immagine infrarossa della regione di formazione stellare DR21 ottenuta dal telescopio spaziale Spitzer. Crediti: Nasa/Sofia/T. Pillai/J. Kauffmann; Nasa/Jpl-Caltech
Per “costruire” una stella, infatti, non basta avere a disposizione una grande quantità di gas. Bisogna anche riuscire a trasportarlo nel posto giusto. Un po’ come accade nei cantieri, dove i materiali arrivano attraverso strade, binari o reti di distribuzione, anche nelle immense nubi molecolari della Via Lattea potrebbero esistere “percorsi” invisibili che convogliano la materia verso le regioni in cui stanno nascendo nuove stelle. Capire che cosa regoli questo processo è una delle grandi questioni aperte della formazione stellare.
E se a dirigere questo traffico cosmico fossero i campi magnetici interstellari? È da qui che prende le mosse un nuovo studio, pubblicato oggi su The Astrophysical Journal, guidato da Thushara G. S. Pillai e Jens Kauffmann del Massachusetts Institute of Technology (Mit) e da Juan D. Soler dell’Inaf Iaps di Roma.
DR21 si trova all’interno di Cygnus X, una vasta regione della Via Lattea ricca di gas, polvere e stelle giovani, considerata uno dei principali laboratori naturali per lo studio della formazione delle stelle più massicce del Sole. Al centro della regione si trova la cosiddetta DR21 Main Ridge, una struttura filamentare lunga circa 13 anni luce e contenente una massa di gas molecolare freddo pari a circa ventimila volte quella del Sole. Attorno a essa si sviluppa una rete di filamenti secondari che si estende per decine di anni luce, una sorta di reticolo cosmico immerso nella nube molecolare.
DR21 è stata osservata con lo strumento Hawc+ a bordo di Sofia (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy), un osservatorio infrarosso, installato su un Boeing 747 modificato, frutto di una collaborazione tra Nasa e Dlr, l’agenzia spaziale tedesca. Le osservazioni fanno parte del programma internazionale Simplifi (Study of Interstellar Magnetic Polarization: a Legacy Investigation of Filaments), che riunisce ricercatrici e ricercatori di numerosi istituti in Europa, Nord America, Asia e Sud America. Volando nella stratosfera, a circa 13 chilometri di quota, oltre le normali rotte aeree commerciali, Sofia osservava il cielo al di sopra della maggior parte del vapore acqueo presente nell’atmosfera terrestre, che assorbe gran parte della radiazione infrarossa proveniente dallo spazio. Questa configurazione lo rendeva particolarmente adatto allo studio della polvere cosmica fredda e dei campi magnetici nelle regioni di formazione stellare come DR21.
Le osservazioni infrarosse sono state condotte alla lunghezza d’onda di 214 micrometri con risoluzione sufficiente a distinguere dettagli su scale inferiori a mezzo anno luce, circa 40 volte più piccole della struttura principale, caratteristiche che hanno permesso di determinare per la prima volta la struttura del campo magnetico non solo nelle regioni centrali più dense della nube, ma anche nella rete di filamenti periferici e più diffusi che la circonda: strutture già note, ma mai studiate con sufficiente dettaglio per comprenderne l’interazione con il campo magnetico interstellare.
Andrea Giannetti, ricercatore all’Inaf Ira di Bologna, coautore dell’articolo pubblicato su ApJ. Crediti: Inaf Ira
«Con le osservazioni di Sofia siamo riusciti a colmare un importante vuoto osservativo», spiega uno dei coautori dello studio, Andrea Giannetti, ricercatore all’Inaf Ira di Bologna. «Fino a oggi, con strumenti da terra, riuscivamo a osservare bene il campo magnetico nelle regioni più dense, oppure, con strumenti a bordo di satelliti, su scale molto ampie ma con pochi dettagli. Per la prima volta abbiamo potuto collegare questi due regimi, determinando l’orientamento del campo magnetico dalla regione centrale di DR21, dove si trovano le regioni in cui si stanno formando i futuri ammassi stellari, fino ai filamenti più deboli e diffusi che si collegano a essa».
Confrontando l’orientamento del campo magnetico, dell’accelerazione gravitazionale e delle strutture di gas presenti nella nube, il team ha scoperto che gravità e campo magnetico risultano strettamente allineati in gran parte di DR21. Un indizio che suggerisce un processo di accrescimento del gas guidato magneticamente.
«Le nostre osservazioni», continua Giannetti, «suggeriscono che questi filamenti non si limitino a circondare la struttura principale della nube, ma che agiscano come veri e propri canali di alimentazione, convogliando continuamente gas verso le regioni più dense dove stanno nascendo nuove stelle massicce».
Il gas verrebbe quindi convogliato verso le regioni centrali lungo le linee del campo magnetico, come se queste costituissero una rete di invisibili “binari ferroviari”. Secondo le stime del team, la quantità di materia convogliata dai filamenti verso la struttura principale è tale da poter spiegare la formazione della DR21 Main Ridge nell’arco di circa un milione di anni.
I risultati contribuiscono anche a chiarire un’apparente incongruenza emersa da osservazioni precedenti. I moti del gas diretti verso il centro della nube apparivano infatti troppo lenti rispetto a quanto atteso sotto l’azione della gravità. La spiegazione sembra essere una questione di prospettiva: il moto del gas avviene quasi interamente nel piano del cielo, cioè “di taglio” rispetto al nostro punto di osservazione. Di conseguenza, gli strumenti vedono solo una piccola componente, dando l’impressione che il gas si muova più lentamente di quanto non faccia in realtà.
Dietro questi risultati si nasconde anche una notevole sfida tecnica. I segnali polarizzati misurati da Sofia sono estremamente deboli e l’elaborazione dei dati ha richiesto mesi di verifiche e test. Il team ha dovuto esplorare decine di strategie di calibrazione prima di ottenere la mappa finale del campo magnetico.
«Il valore di questo studio è oggi particolarmente importante», sottolinea Giannetti. «Sofia è stato ritirato dal servizio nel settembre 2022 e al momento non esiste uno strumento equivalente in grado di effettuare osservazioni polarimetriche nel lontano infrarosso con caratteristiche analoghe. In un certo senso, questo lavoro fa parte della preziosa eredità scientifica lasciata dall’osservatorio».
Questi risultati rappresentano solo il primo passo di Simplifi. I futuri studi si concentreranno sulla misura dell’intensità dei campi magnetici e sull’analisi dettagliata dei movimenti del gas all’interno dell’intero campione di nubi osservate nel contesto del progetto, con l’obiettivo di comprendere ancora meglio il ruolo dei campi magnetici nella formazione stellare.
Lo studio è dedicato alla memoria dell’astrofisico Karl Menten, scomparso nel 2024, mentore di molti membri del team coinvolto nel progetto.
Per saperne di più:
- Leggi su The Astrophysical Journal l’articolo “SIMPLIFI — Study of Interstellar Magnetic Polarization: a Legacy Investigation of Filaments. I. Magnetically-Guided Accretion onto the DR21 Ridge”, di Thushara G. S. Pillai, Jens Kauffmann, Juan D. Soler, Mark Heyer, Philip C. Myers, Laura M. Fissel, Dan Clemens, Koji Sugitani, Enrique Lopez-Rodriguez, Fumitaka Nakamura, Andrea Giannetti, Daniel Seifried, Paul F. Goldsmith, Helmut Wiesemeyer, Evangelia Ntormousi, Gabriel Franco, Stefan Reissl e Karl M. Menten