L'OROLOGIO DINAMICO DEGLI
AMMASSI STELLARI
COME SEMBRARE GIOVANI QUANDO NON LO SI E`
LE STELLE RIVELANO IL SEGRETO PER INVECCHIARE BENE
Alcune persone sono in ottima forma fisica anche all'eta` di 90 anni, mentre altre sembrano gia` vecchie prima di arrivare ai 50. Un nuovo studio dimostra che questo e` vero anche per gli ammassi stellari. Infatti, nonostante la loro impressionante eta` cronologica di 12-13 miliardi di anni, gli ammassi stellari possono avere un aspetto piu` o meno giovanile. Gli astronomi hanno scoperto un nuovo orologio capace di misurare l'eta` biologica degli ammassi di stelle, rivelando cosi` la loro vera "forma fisica". La scoperta e` stata pubblicata giovedi` 20 dicembre sulla prestigiosa rivista Nature ed e` il risultato di uno studio effettuato da un gruppo di astrofisici guidati da Francesco Ferraro, del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell`Universita` di Bologna.
Gli ammassi globulari della nostra galassia possono comprendere fino ad un milione di stelle, tutte quante formatesi circa 13 miliardi di anni fa. Essendo tra i sistemi stellari piu` vecchi di tutto l`Universo (si ritiene che il Big Bang sia avvenuto circa 13.7 miliardi di anni fa), essi hanno assistito alla formazione della nostra galassia e sono quindi veri e propri fossili da cui ricostruire la storia passata della Via Lattea.
Cosi` come succede agli esseri umani, anche gli aggregati stellari invecchiano. L'eta` cronologia delle persone puo` essere dedotta, almeno in prima approssimazione, dal colore dei loro capelli. In maniera del tutto simile, l'eta` cronologica degli ammassi stellari puo` essere stimata dal colore delle loro stelle che, in generale, diventano via via sempre piu` rosse man mano che il tempo passa. "La maggior parte degli ammassi globulari della nostra galassia sono estremamente vecchi. Tuttavia, come nel caso degli esseri umani, alcuni ammassi invecchiano meglio di altri e, con questo studio, abbiamo trovato la maniera di misurare il loro grado di invecchiamento biologico", spiega Francesco Ferraro del Dipartimento di Fisica ed Astronomia (DIFA) dell'Universita` di Bologna, il leader del progetto.
A partire dal momento della loro formazione, gli ammassi stellari subiscono importanti cambiamenti nella distribuzione spaziale e di velocita` delle loro stelle (questa e` la cosiddetta "evoluzione dinamica"). "Come biglie di metallo in un vaso di miele, le stelle piu` pesanti tendono a sedimentarsi nelle regioni piu` centrali degli ammassi globulari. Quanto piu` la biglia e` pesante e il miele e` poco denso, tanto piu` velocemente la biglia raggiungera` il fondo del vaso; alla stessa maniera, il tempo necessario ad una stella per scivolare nel centro dell`ammasso dipende da quanto essa e` pesante e dalle caratteristiche dell`ambiente in cui si muove, che sono diverse da caso a caso", continua Ferraro. "Poiche' l'efficienza di questi processi dipende in maniera complicata dalla struttura interna di ciascun ammasso, e` molto difficile capire quanto un aggregato stellare e` dinamicamente evoluto dal momento della sua formazione ad oggi", aggiunge Barbara Lanzoni (DIFA), uno dei membri del gruppo di ricercatori.
Immagini di 12 ammassi globulari del campione studiato. Il tempo trascorso dal momento della loro formazione (eta` cronologica) e` approssimativamente lo stesso per tutti: 12-13 miliardi di anni. Tuttavia alcuni sono in miglior "forma fisica" di atri. Dall`alto al basso e da sinistra a destra, gli aggregati stellari sono ordinati in ordine di eta` dinamica crescente, dal piu` giovanile, a quello con peggiore "forma fisica". La loro eta` dinamica e` stata misurata grazie al nuovo orologio cosmico scoperto dal team di ricercatori studiando la distribuzione radiale delle vagabonde blu in ciascun ammasso.
Large Binocular Telescope), il team di astronomi ha studiato la distribuzione spaziale di una particolare classe di stelle pesanti (le "vagabonde blu") in 21 ammassi globulari galattici e ha riconosciuto il marchio caratteristico della progressiva sedimentazione delle vagabonde blu nel centro di ciascun sistema stellare.
Migrazione delle vagabonde blu negli ammassi
Questa animazione mostra come cambia nel tempo la distribuzione radiale delle vagabonde blu negli ammassi globulari. Man mano che l`ammasso invecchia (dal punto di vista dinamico), queste stelle pesanti migrano verso il centro, a cominciare da quelle piu` vicine al nucleo, per finire con quelle piu` distanti.
La vagabonde blu
Questa illustrazione mostra come le vagabonde blu riescono a diventare piu` pesanti delle altre stelle dell`ammasso: esse si formano a seguito di collisioni stellari o di veri e propri fenomeni di vampirismo tra due stelle compagne.
L`orologio dinamico
Usando dati acquisiti con diversi telescopi (il telescopio spaziale Hubble gestito da NASA/ESA e 4 telescopi terrestri: MPG/ESO 2.2m, Canada-France-Hawaii Telescope, Subaru e
"Non e` stato facile individuare le vagabonde blu lungo tutta l'estensione radiale di ciascun ammasso", dice Emanuele Dalessandro (DIFA), "Abbiamo dovuto combinare immagini ad alta risoluzione spaziale ottenute con il telescopio Hubble per le regioni centrali estremamente affollate di stelle, con dati acquisiti da terra per le periferie meno dense di ciascun ammasso". Dall'analisi di questi dati, il gruppo di astrofisici ha scoperto che gli aggregati stellari possono essere raggruppati in famiglie diverse a seconda della distribuzione radiale delle vagabonde blu e che queste famiglie corrispondono a stadi di evoluzione dinamica differenti. "Abbiamo scoperto che, nonostante la loro eta` estremamente avanzata, alcuni ammassi si trovano in un'ottima forma fisica, con le vagabonde blu distribuite dappertutto al loro interno", afferma Barbara Lanzoni. La stragrande maggioranza degli
ammassi osservati e` nel bel mezzo del processo d`invecchiamento dinamico: le vagabonde blu che orbitano nelle immediate vicinanze del nucleo sono le prime a migrare verso l`interno, poi sono seguite da quelle che si trovano a distanze via via sempre maggiori. "In questi ammassi abbiamo chiaramente identificato una specie di 'regione vuota', in cui non si osservano vagabonde blu. Questa regione segna la distanza dal centro che e` gia` stata interessata dal processo di migrazione di queste stelle pesanti. Man mano che il tempo passa, le vagabonde blu che orbitano a distanze sempre piu` grandi migreranno verso il nucleo e la 'regione vuota' sara` osservata in regioni via via piu` esterne dell'ammasso", aggiunge Dalessandro.
"Con questo studio abbiamo scoperto che, come la forma fisica di una persona e` impressa nel suo corpo, alla stessa maniera gli effetti dell'invecchiamento dinamico sono impressi nella distribuzione radiale delle vagabonde blu", continua Ferraro. Grazie a questo metodo innovativo per misurare la "forma fisica" degli ammassi stellari, gli astronomi possono finalmente classificarli in base al grado di evoluzione dinamica che ciascuno di essi ha sofferto dal momento della sua formazione ad oggi. E` stato scoperto un vero e proprio orologio cosmico capace di misurare con precisione l'eta` dinamica di ciascun ammasso. La posizione della regione priva di vagabonde blu rappresenta la lancetta di questo orologio. "Come l'ingranaggio di un cronometro fa avanzare la lancetta per misurare lo scorrere del tempo, in maniera del tutto analoga la progressiva sedimentazione delle vagabonde blu nel centro dell`ammasso sposta verso l'esterno la 'regione vuota', segnando cosi` l'avanzare dell'eta` dinamica del sistema", conclude Ferraro.
Questa scoperta apre la strada a molte affascinanti applicazioni che permetteranno di meglio comprendere come i sistemi stellari evolvono nel tempo. Per esempio, per mezzo dell'orologio dinamico gli astronomi potranno finalmente predire quanto un dato ammasso stellare e` vicino al momento piu` critico della sua evoluzione: il cosiddetto 'collasso del nucleo'.
Per ulteriori informazioni
Francesco Ferraro
email: francesco.ferraro3@unibo.it
tel: +390512095774
cell: +393666357560
Collasso del nucleo dell'ammasso
La fase piu` catastrofica della storia d'evoluzione dinamica di un ammasso globulare e` il cosiddetto 'collasso del nucleo': il nucleo del sistema si contrae rapidamente e provoca un improvviso e violento aumento della densita` centrale di stelle (virtualmente la porta a valori infiniti). Quando gli astronomi si resero conto per la prima volta che gli ammassi globulari subiscono questo tipo di processo, pensarono che la maggior parte del sistema svanisse in un unico buco nero centrale e che l`aggregato stellare cessasse d`esistere. Piu` tardi capirono, invece, che le interazioni gravitazionali tra le stelle impediscono il collasso totale e danno luogo ad un ammasso con un nucleo estremamente denso.
L'efficienza dei vari processi dinamici dipende in maniera molto complicata dalla struttura interna di ciascun sistema stellare. Di conseguenza, anche il tempo necessario ad un ammasso globulare per raggiungere la fase di collasso del nucleo puo` variare da alcuni milioni di anni, fino a decine di miliardi ed essere anche superiore all'eta` dell`universo. Tuttavia il numero di ammassi sospettati di aver gia` subito il collasso del nucleo e` molto inferiore a quello predetto dai modelli teorici, dimostrando chiaramente come rimangano ancora da chiarire molti dettagli riguardo all`evoluzione dinamica degli ammassi globulari.
La scoperta dell'orologio dinamico e` il primo risultato di grande rilievo 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.
