LA` DOVE LE STELLE

COLLIDONO

Un gruppo di astrofisici dell'Universita` di Bologna, in collaborazione con ricercatori delle Universita` di Concepcion e di Antofagasta in Cile, ha fotografato un ammasso stellare talmente denso da essere uno dei pochi posti nella Galassia in cui le stelle possono collidere tra di loro.

La spettacolare immagine di Liller 1 ottenuta con GeMS@GEMINI. Questa immagine in falsi colori (con dimensione totale di 95"x95") e` stata ottenuta combinando un mosaico di 2x2 immagini acquisite nel vicino infrarosso. Il pannello in alto a destra mostra uno zoom della regione centrale (15"x15"). Il nord e` verso l'alto, l'est verso destra.

Image Credit: F. R. Ferraro/E. Dalessandro (Cosmic-Lab - University of Bologna - Italy)

Le osservazioni di Liller 1 sono state realizzate grazie all'utilizzo del potente sistema di ottiche adattive messo a punto dall'Osservatorio Gemini e ora in funzione al telescopio Gemini South in Cile.

Un gioiello tecnico chiamato GeMS (acronimo di "Gemini Multi-conjugate adaptive optics System"), lavorando in sincronia con la nuova camera infrarossa ad alta risoluzione GSAOI (che sta per "Gemini South Adaptive Optics Imager") e` stato finalmente in grado di penetrare attraverso la densa nebbia che circonda Liller 1 e regalare agli astrofisici una visione quanto mai nitida delle sue stelle.

"Tutto cio' e` stato reso possibile dalla combinazione di due particolari caratteristiche di GeMS: la capacita` di osservare nel vicino infrarosso e quella di rimuovere le distorsioni introdotte nelle immagini astronomiche dall'atmosfera terrestre, utilizzando una tecnica innovativa e rivoluzionaria", afferma Douglas Geisler dell'Universita' di Concepcion (Cile). Per compensare questo effetto, GeMS sfrutta un sistema di tre stelle di guida naturali e cinque artificiali, e utilizza una combinazione di specchi deformabili (per ulteriori informazioni sulle caratteristiche di questi strumenti, si veda il sito www.gemini.edu/node/11925). La correzione introdotta e` talmente efficace da fornire immagini di una nitidezza senza precedenti. Infatti, nelle migliori immagini di Liller 1, le stelle hanno una dimensione angolare di soli 75 millesimi di secondo d'arco, un valore di poco superiore al limite teorico (limite di diffrazione) dello specchio da 8 metri del telescopio Gemini. Di conseguenza, la correzione delle distorsioni atmosferiche e` praticamente perfetta.


Gemini e` in grado di ottenere immagini di risoluzione confrontabile a quella raggiunta dal telescopio spaziale Hubble (HST) in infrarosso, presentando due ulteriori vantaggi: (1) e` estremamente efficiente, a differenza di Hubble, alle lunghezza d'onda ideali per studiare oggetti oscurati dalla polvere, (2) utilizza uno specchio di 8 metri di diametro, contrapposto a quello di circa 2.5 metri di HST, corrispondente ad un'area collettrice 10 volte maggiore.

"E` un po' come in un tavolo da biliardo: la probabilita' di uno scontro dipende dalle dimensioni del tavolo e dal numero di palle in gioco", afferma Francesco R. Ferraro del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell'Universita' di Bologna (UniBO), coordinatore del gruppo di ricerca di UniBO che ha fatto uso del telescopio GEMINI per questa indagine.

Quest'ammasso di stelle, chiamato Liller 1, e` un oggetto particolarmente difficile da studiare a causa della sua distanza dalla Terra (circa 30 mila anni luce) e della sua vicinanza al centro della Via Lattea, dove l'estinzione causata dalle polveri interstellari e` estremamente elevata. Liller 1 appare come una sfera di stelle molto compatta a cui gli astronomi danno il nome di ammasso globulare. Questa tipologia di oggetti orbita in un grande alone attorno al nucleo della nostra Galassia. Gli ammassi globulari piu' vicini alla Terra regalano immagini spettacolari anche se osservati con piccoli telescopi o binocoli. "Questo tuttavia non e` il caso di Liller 1, un ammasso talmente oscurato dalle polveri interstellari che risulta quasi invisibile se osservato alle lunghezze d'onda della luce visibile", osserva Sara Saracino, dottoranda dell'UniBO. Liller 1, infatti, e` collocato in una delle regioni piu' inaccessibili della Galassia, ad appena 3260 anni luce dal centro, dove dense nubi di polvere limitano notevolmente il passaggio della radiazione. "Solo la luce infrarossa e` in grado di attraversare queste nubi e fornirci informazioni dirette sulla popolazione stellare dell'ammasso", commenta Barbara Lanzoni dell'UniBO.

Due immagini (15"x15") della regione centrale di Liller 1 acquisite nel vicino infrarosso con due diversi strumenti a terra: il New Technology Telescope dell'ESO (pannello superiore) e GeMS al Gemini South Observatory (panello inferiore). Nel secondo caso la dimensione angolare di ciascuna immagine stellare e` di appena 0.075".

Image Credit: F. R. Ferraro/ E. Dalessandro (Cosmic-Lab - University of Bologna, Italy)

Una bella immagine a colori del profilo di brillanza di una tipica stella nel campo di vista di Liller 1, osservata con GeMS al Gemini South Observatory. Il profilo e` estremamente regolare e ha una dimensione angolare di appena 0.075".

Image Credit: F. Mauro (University of Conception, Chile)

La straordinaria risoluzione di queste nuove immagini ha portato alla luce una ricchissima popolazione di stelle costituita da almeno 1.5 milioni di Soli, confrontabile con quella degli ammassi globulari piu' massivi della Galassia: Omega Centauri e Terzan 5. Lo studio ha inoltre permesso di concludere che il tasso di collisioni tra le stelle e` altissimo (il secondo piu' alto, dopo quello di Terzan 5). "Nonostante la nostra Galassia abbia oltre 200 miliardi di stelle, esistono solo poche regioni ad alta densita` in cui possono avvenire collisioni stellari", dice Emanuele Dalessandro dell'UniBO, "Le nostre osservazioni confermano che le regioni centrali di Liller 1, a causa della loro altissima densita`, sono uno dei pochi luoghi in cui questo puo' accadere".


Le collisioni tra stelle sono importanti poiche' permettono di comprendere l'origine di alcuni oggetti "esotici" che non possono essere spiegati come il risultato della normale evoluzione di stelle singole. Scontri frontali in cui le stelle si fondono assieme condividendo il loro carburante nucleare potrebbero essere all'origine (almeno in parte) della formazione delle cosiddette "Vagabonde Blu (Blue Straggler Stars)". Quando queste collisioni coinvolgono invece sistemi binari, costituiti da due stelle legate dalla mutua gravita`, la distanza tra le due compagne puo' venire talmente ridotta da permettere l'interazione delle due componenti, producendo cosi' una varieta' di oggetti quali le binarie X di piccola massa, le pulsar al millisecondo e le variabili cataclismiche. In particolare, le pulsar al millisecondo sono vecchie stelle di neutroni riaccelerate fino a rapidissimi periodi di rotazione su se' stesse (dell'ordine del millesimo di secondo) grazie all'accrescimento di materiale ceduto dalla stella compagna.

Sebbene ad oggi nessuna pulsar al millisecondo sia stata individuata in Liller 1, si sospetta che questo ammasso ospiti una grande popolazione di oggetti di questo tipo. Infatti, la forte emissione di raggi gamma proveniente da questo sistema stellare (la piu' intensa mai osservata in un ammasso globulare) suggerisce l'esistenza di una vasta popolazione nascosta. "Le nostre osservazioni confermano che Liller 1 e` uno dei migliori laboratori in cui studiare come le interazioni tra stelle possono influire sulla loro evoluzione: questo apre alla possibilita' di una sorta di studio sociologico delle popolazioni stellari, volto a valutare l'impatto dell'influenza reciproca tra le stelle quando esse sono costrette a vivere in condizioni di estremo sovraffollamento" conclude Ferraro.


La somiglianza tra le proprieta` di Liller 1 e quelle recentemente scoperte dal gruppo dell'UniBO in Terzan 5 fa sperare che anche questo ammasso stellare possa fornirci preziose informazioni su come si e` formato il nucleo della nostra galassia, all'incirca 12 miliardi di anni fa.

IL PROGETTO COSMIC-LAB

Questo risultato di grande rilievo e` stato ottenuto nell`ambito di Cosmic-Lab, un progetto pluriennale finanziato dal Consiglio delle Ricerche Europeo, specificamente dedicato all'esplorazione dei complessi fenomeni di natura dinamica che caratterizzano le regioni ad alta densita` stellare tipiche degli ammassi globulari. "Grazie a questo finanziamento abbiamo costruito, presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell'UniBO, un team di giovani ricercatori (piu` della meta` ha meno di 40 anni) preparati, motivati ed affiatati, e i risultati non si sono fatti attendere! Credo che questo sia un risultato che metta in evidenza la vitalita` e il livello di eccellenza della ricerca astrofisica in Italia. Ma anche una conferma di carattere metodologico e strategico: questa e` la strada giusta per la costruzione di un centro di alta formazione nel settore dell'astrofisica stellare nell`UniBO, che miri a diventare un punto di riferimento per i giovani ricercatori non solo a livello italiano, ma anche europeo e mondiale", conclude Ferraro.

Il diagramma colore-magnitudine (Ks, J-Ks) di piu' di 65 mila stelle in Liller1 ottenuto dalle immagini GeMS. Gli astronomi usano queste immagini per misurare la magnitudine (luminosita`) e il colore (legato alla temperatura) di ciascuna stella. Nel diagramma colore-magnitudine le stelle descrivono diverse sequenze a seconda del proprio stadio evolutivo e il bruciamento termo-nucleare che sta avvenendo nel loro interno. Le principali sequence evolutive sono indicate nella figura: punto del turn-off della sequenza principale (MS-TO), ramo delle giganti (RGB) e red clump (RC).

Il team internazionale ha pubblicato questa ricerca nella rivista The Astrophysical Journal:

(Articolo n. 152, Volume 806, Numero 2, 15 Giugno 2015) .

1.9 anni-luce

Confronto tra le due immagini della regione centrale di Liller 1 acquisite con il telescopio NTT delll'ESO (senza correzione adattiva) e con GeMS al Gemini South Observatory. L'evidente miglioramento della risoluzione dell'immagine GeMS e` dovuto all'eccezionale correzione della turbolenza atmosferica attuata dal sistema di ottiche adattive di questo strumento.

Image Credit: B. Lanzoni / F. R. Ferraro (Cosmic-Lab - University of Bologna, Italy)