Benché il ciclo di vita delle stelle sia ben noto, ci sono ancora diverse domande aperte riguardo le primissime fasi che portano alla loro formazione a partire da concentrazioni di gas e polvere. In particolare, per comprendere meglio il funzionamento interno delle stelle nascenti, dette protostelle, è di grande interesse lo studio della chimica e delle interazioni delle molecole presenti all’interno delle nubi. Chimica e fisica extraterrestre sono gli elementi chiave per capire questi processi, in un complesso equilibrio tra campo magnetico che, se forte, ritarda il collasso del nucleo, e forza di gravità. Lo sa bene Silvia Spezzano, Research Group Leader al Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics. «Quando ho scoperto che lo stesso modo in cui studiavo le molecole sulla Terra, la spettroscopia, poteva essere usato per studiarle nello spazio, è stato amore a prima vista».
Silvia Spezzano, Research Group Leader al Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics e seconda autrice dello studio pubblicato lo scorso 10 luglio su Astronomy & Astrophysics. Crediti: Fabian Vogl for Max Planck Society
Classe 1985, cresciuta a Corigliano Calabro e amante del suo Mar Ionio, laurea in chimica industriale, Spezzano è diventata un’astrochimica dopo aver trascorso un anno al Center for Astrophysics | Harvard-Smithsonian con una borsa di studio dell’Università di Bologna, vinta dopo la specialistica. È seconda autrice di uno studio, guidato da Doris Arzoumanian della Kyushu University e pubblicato venerdì scorso su Astronomy and Astrophysics, sulla prima rilevazione – osservata nel nucleo pre-stellare L1544, in direzione della costellazione del Toro – della cosiddetta diffusione ambipolare, un fenomeno fondamentale nella comprensione delle dinamiche che portano i nuclei al collasso gravitazionale in una protostella. Man mano che la densità del nucleo prestellare aumenta, esso viene schermato dalle radiazioni e la ionizzazione diminuisce. Ciò indebolisce l’accoppiamento tra le molecole e i campi magnetici e, alla fine, le particelle neutre si disaccoppiano e vanno alla deriva verso l’interno per effetto della gravità, mentre gli ioni rimangono legati al campo magnetico.
Spezzano, nel vostro lavoro vi siete concentrati sui nuclei pre-stellari. Cosa sono? Se volessimo fare un’analogia con le fasi di vita dell’uomo, dove si collocherebbero?
«I nuclei pre-stellari sono ammassi densi di gas e polvere dove si formano stelle come il nostro Sole. Un’analogia antropomorfa è difficile da fare perché i nuclei pre-stellari non hanno formato una stella, ma hanno già tutto il necessario per formarla, senza aver bisogno di “aggiunte” esterne. Magari un’analogia migliore è un seme da cui nascerà un fiore o una pianta».
Per seguire l’evoluzione dei nuclei pre-stellari vi siete concentrati su alcune molecole, in particolare il diazenilio e l’ammoniaca para-monodeuterata. Di che sostanze si tratta?
«Il diazenilio è azoto molecolare (N2) protonato, quindi con uno ione H+. L’azoto molecolare costituisce circa l’80 per cento dell’aria che respiriamo. E l’ammoniaca para-monodeuterata è ammoniaca “pesante”, come l’acqua deuterata. L’ammoniaca è un gas, e viene usata (sciolta in acqua) come sgrassante per fare le pulizie, o anche per preparare (industrialmente) fertilizzanti».
Perché proprio queste molecole?
«Le abbiamo scelte perché tracciano molto bene la parte centrale dei nuclei pre-stellari. Le molecole ricche di atomi di azoto hanno una chimica molto lenta nello spazio, ci mettono molto tempo a formarsi, a differenza di altri tipi di molecole. Noi abbiamo sfruttato la “lentezza” della chimica dell’azoto per osservare in maniera selettiva il gas più denso al centro dei nuclei pre-stellari e “guardare” come si muove».
Illustrazione di ciò che accade nel nucleo prestellare L1544. Le linee blu rappresentano le linee del campo magnetico, che risultano curvate a causa della contrazione gravitazionale del nucleo. I punti rossi e verdi rappresentano rispettivamente gli ioni carichi e le molecole neutre, mentre le frecce ne tracciano il moto di afflusso verso il centro del nucleo (più veloce è il loro movimento, più lunghe sono le frecce). Nella parte esterna del nucleo sia gli ioni che le molecole neutre sono legati alle linee del campo magnetico; nella parte interna del nucleo le molecole neutre si disaccoppiano dalle linee del campo magnetico e precipitano più velocemente rispetto agli ioni, che rimangono legati alle linee del campo. Questo disaccoppiamento, noto come diffusione ambipolare, è necessario per l’inizio del collasso gravitazionale del nucleo prestellare, che darà origine a una protostella al suo centro e, infine, a un sistema stellare simile al nostro Sistema solare. Crediti: Yurika Nakamura and Doris Arzoumanian/Kyushu University
E cosa avete scoperto?
«Quello che abbiamo scoperto è che il diazenilio e l’ammoniaca si muovono a velocità diverse. Il motivo di questa diversa velocità è l’interazione con i campi magnetici. Il diazenilio, essendo uno ione (e quindi avendo una carica elettrica), “sente” il campo magnetico e ne è rallentato. Mentre l’ammoniaca, essendo una molecola senza carica elettrica (molecola neutra), non “sente” il campo magnetico e non ne viene influenzata».
Ve lo aspettavate o è stata una sorpresa?
«L’effetto che abbiamo osservato è atteso, ma molto difficile da vedere. Molti fattori sono stati importanti in questa scoperta: la scelta delle molecole da studiare (e quindi la loro chimica), gli strumenti disponibili al telescopio che permettono di vedere differenze di velocità molto piccole, e infine anche la scelta della sorgente. L1544 è un nucleo pre-stellare molto vicino alla formazione della stella.
A proposito di strumenti, quali avete utilizzato per raccogliere i dati?
«Abbiamo usato il telescopio Iram, che è in Sierra Nevada, in Spagna, vicino a Granada. Un bellissimo radiotelescopio con un’antenna larga 30 metri. Il telescopio Iram è la nostra chemistry machine che ci permette di “vedere” le molecole nello spazio».
Per saperne di più:
- Leggi su Astronomy & Astrophysics l’articolo “Probing the ion-neutral drift velocity toward the L1544 prestellar core” di , , , , , , , , e