ASTRO-ARCHEOLOGIA:
un raro fossile dell`antica Via Lattea
Un gruppo internazionale di astronomi ha scoperto che un fossile risalente all`epoca di formazione della Via Lattea include stelle di eta` estremamente diverse. Questo sistema stellare, chiamato Terzan 5, si trova proprio nel cuore della nostra galassia (il Bulge) e ha l`aspetto di un ammasso globulare, ma non e` affatto come gli altri ammassi stellari finora conosciuti. Contiene stelle molto simili a quelle piu` antiche della Via Lattea, ma ospita anche un`importante popolazione di astri molto piu` giovani. Terzan 5 potrebbe quindi essere uno dei siti (a lungo cercati) in cui si e` verificata recente attivita` di formazione stellare nel Bulge galattico. Questa e` l`affascinante conclusione di un gruppo internazionale di astronomi guidato da Francesco Ferraro del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell`Universita` di Bologna (Italia) e pubblicata nell`edizione del 6 Settembre 2016 del prestigioso Astrophysical Journal. La scoperta e` stata ottenuta grazie ad una straordinaria sinergia tra i telescopi piu` potenti al mondo : il Telescopio Spaziale Hubble, il Very Large Telescope e il W.M. Keck Observatory.
In qualche modo Terzan 5 e` riuscito a sopravvivere alla distruzione totale per miliardi di anni ed e` stato preservato come un residuo fossile del lontano passato della Via Lattea. "La scoperta pone alcune affascinanti domande: come ha potuto Terzan5 sopravvivere alla distruzione? Quale evento ha permesso il secondo episodio di formazione stellare? Al momento stiamo cercando le risposte a queste domande", aggiunge R. Michael Rich dell`Universita` della California Los Angeles, che ha coordinato le osservazioni al Telescopio Keck.
"Stiamo eseguendo una ricerca sistematica di altri sistemi stellari complessi, con proprieta` simili a quelle di Terzan5, probabilmente nascosti nel Bulge: la loro scoperta potrebbe fornire la prova decisiva che il meccanismo di fusione e distruzione di agglomerati massicci sia stato un processo importante per la formazione del Bulge galattico", aggiunge Livia Origlia (INAF-Bologna).
Queste insolite proprieta` fanno di Terzan 5 il candidato ideale per essere un fossile vivente risalente ai primi giorni della storia della Via Lattea: gli attuali modelli di formazione dei bulge delle galassie ipotizzano che questi sistemi si siano formati dalla fusione di grandi agglomerati di gas e stelle, che dopo essersi mescolati, si sono dissolti. "Crediamo che alcuni residui di questi agglomerati possano essere sopravvissuti alla distruzione ed essere ancora presenti nella Galassia", spiega Ferraro. "Tali fossili galattici permettono agli astronomi di ricostruire un importante pezzo della storia della Via Lattea. Infatti, come gli archeologici che scavano nella polvere accumulatasi sui resti delle civilta` passate, dissotterrando pezzi fondamentali della storia dell`umanita`, allo stesso modo noi abbiamo svelato un cimelio cosmico straordinario: la storia della formazione delle prime strutture cosmiche (come la nostra Galassia), al tempo in cui l`Universo era ancora neonato (aveva solo un miliardo di anni), e` scritta in frammenti come questo."
La scoperta e` l`ultimo risultato ottenuto nell`ambito del progetto Cosmic-Lab, una Advanced Grant di 5 anni finanziata con 1.8 milioni di euro dall`European Research Council, e destinata proprio a studiare i complessi fenomeni dinamici che avvengono nelle regioni dense degli ammassi stellari.
"Grazie a questo finanziamento abbiamo costituito un gruppo di giovani ricercatori preparati e motivati, e i risultati non si sono fatti attendere! Questa scoperta rappresenta un successo per la comunità astrofisica italiana ed europea e suggerisce che siamo sulla strada giusta non solo per aprire nuove prospettive alla conoscenza astrofisica, ma anche per fornire un proficuo terreno per la crescita e la formazione di giovani scienziati con un`ampia visione della fisica e dell`astrofisica. Questo progetto ha contribuito a creare un centro di ricerca di alto livello per l`astrofisica stellare all`Universita` di Bologna, che sara` un punto di riferimento per giovani studenti, non solo in Italia, ma anche in Europa e nel mondo", conclude Ferraro.
Le caratteristiche delle stelle osservate in Terzan 5 non sono mai state osservate in altri ammassi globulari, ma sono estremamente simili a quelle degli astri che popolano la regione piu` centrale della Via Lattea, il cosiddetto Bulge galattico. Queste somiglianze potrebbero fare di Terzan 5 un fossile dell`epoca di formazione della Galassia, uno dei primi mattoni costituenti il Bulge della Via Lattea.
Questa ipotesi e` rafforzata dal valore della massa che Terzan 5 deve avere avuto originariamente per riuscire a generare due popolazioni stellari: una massa simile a quella degli enormi agglomerati che si pensa abbiano contribuito a formare i bulge delle galassie circa 12 miliardi di anni fa.
"Infatti alcune caratteristiche di Terzan 5 assomigliano molto a quelle degli enormi agglomerati che si osservano in galassie con formazione stellare in corso ad alto redshift, suggerendo cosi` che i processi di formazione delle galassie siano stati simili nell`Universo locale e in quello distante, all`epoca della formazione della Via Lattea", continua Ferraro.
Questa scoperta apre quindi la strada per una migliore e piu` profonda comprensione dei meccanismi di formazione delle galassie. "Terzan 5 potrebbe rappresentare un intrigante legame tra l`Universo locale e quello distante, potrebbe essere un testimone sopravvissuto del processo di formazione del Bulge galattico", spiega Ferraro commentando l`importanza della scoperta.
La ricerca fornisce agli astronomi una possibile strada per svelare i misteri della formazione delle galassie e offrire una nuova visione della complessa storia della Via Lattea.
"Solo un altro sistema stellare, simile ad un ammasso globulare ma con una storia di formazione stellare cosi` complessa, e` stata osservato finora nell`alone della Via Lattea: omega Centauri. Questa e` la prima volta che osserviamo qualcosa di comparabile nel Bulge", dice il membro del gruppo Emanuele Dalessandro (INAF-Bologna). La popolazione dominante di omega Centauri ha una bassa metallicita` (qualche centesimo della metallicita` solare) e potrebbe quindi essere il residuo di un sistema stellare catturato dalla Galassia durante la sua evoluzione. Invece, nel caso di Terzan5 lo scenario sembra differente, poiche` la popolazione stellare piu` vecchia ha la stessa metallicita` (meta` di quella solare) delle stelle del Bulge. Cio` suggerisce che il Bulge potrebbe essersi formato dalla progressiva distruzione di sistemi simili a Terzan 5.
I quattro telescopi da 8.2 metri di diametro che costituiscono il VLT dell'ESO sul Cerro Paranal nel deserto di Atacama (Cile).
I due telescopi da 10 metri di diametro che costituiscono il Telescopio Keck sulla cima del vulcano Mauna Kea nelle isole Hawaii (USA).
MISURA DELLE ETA` STELLARI IN TERZAN 5
"Solo grazie ad un`inedita combinazione di immagini ottenute con HST e con telescopi da terra corretti con ottiche adattive, siamo stati capaci di costruire un magnifico diagramma colore-magnitudine dove le due popolazioni racchiuse in Terzan 5 appaiono chiaramente distinguibili, permettendo cosi` di misurare accuratamente le loro eta`", aggiunge il membro del gruppo Barbara Lanzoni (UniBO).
Le eta` delle due popolazioni stellari in Terzan 5 sono profondamente diverse: la componente stellare piu` vecchia risale a 12 miliardi di anni fa. Questo significa che Terzan 5 si e` formato proprio all`inizio della storia della Via Lattea, quando l`Universo aveva appena 1 miliardo di anni. La popolazione giovane ha solo 4.5 miliardi di anni, quindi la stessa eta` della Terra.
"E` stato sorprendente trovare una tale differenza di eta` tra le due popolazioni. D`altronde questo risultato e` perfettamente consistente con le previsioni dei tradizionali modelli evolutivi di auto-arricchimento: le abbondanze chimiche e le eta` misurate suggeriscono che la generazione stellare piu` giovane si sia formata da gas arricchito in metalli grazie alle esplosioni delle supernove della prima popolazione", aggiunge il membro del gruppo Alessio Mucciarelli (UniBO).
La misura dell`eta` di una popolazione stellare richiede l`accurata costruzione di diagrammi colore-magnitudine, in cui la luminosita` delle stelle e` mostrata in funzione del loro colore (una quantita` che dipende dalla temperatura).
Diagramma colore-magnitudine di Terzan 5. Ciascun punto corrisponde ad una stella, con magnitudine e colore (temperatura) indicati, rispettivamente, dai valori lungo gli assi y e x. La linea blu e la linea rossa indicano le predizioni di modelli stellari con eta` di 12 Gyr e 4.5 Gyr, rispettivamente. Chiaramente il modello a 12 Gyr non riescono a render conto della presenza di stelle a magnitudine ~16-17, che sono invece ben riprodotte dal modello a 4.5 Gyr.
Gli astronomi hanno trovato evidenze convincenti che in Terzan 5 ci siano due tipologie distinte di stelle, diverse non solo nella loro composizione chimica, ma anche nell`eta`, con una differenza di circa ben 7 miliardi di anni. La scoperta e` stata ottenuta combinando osservazioni effettuate con il Telescopio Spaziale Hubble (utilizzando l`Advanced Camera for Surveys e la Wide Field Camera 3) e dati raccolti con due tra i piu` potenti telescopi da terra: il Very Large Telescope (VLT) dell`European Southern Observatory (ESO) e il telescopio Keck (USA), che utilizzano sofisticati strumenti ad ottiche adattive per correggere le distorsioni che l`atmosfera terreste produce sulle immagini astronomiche.
"Nel 2009 abbiamo scoperto che Terzan 5 contiene due sotto-popolazioni di stelle con abbondanze chimiche differenti. Dopo 7 anni di ricerca siamo stati finalmente in grado di datare queste popolazioni", spiega Francesco Ferraro dell`Universita` di Bologna (UniBO), autore principale dello studio.
Le eta` delle due popolazioni indicano che il processo di formazione stellare in Terzan 5 non e` stato continuo, ma caratterizzato da due distinti episodi principali. Le osservazioni confermano che, come previsto dalla teoria dell`evoluzione stellare, la componente piu` giovane (cioe` la seconda generazione) si e` formata da gas arricchito in metalli attraverso le esplosioni delle supernove della prima popolazione stellare. "Questo richiede che il progenitore di Terzan 5 fosse in grado di trattenere una grande quantità di gas, in modo da poter formare la seconda generazione di stelle: doveva essere molto massiccio, con una massa almeno 100 milioni di volte piu` grande di quella del Sole", spiega Davide Massari, dell`INAF-Bologna (Italia) e dell`Universita` di Groningen (Olanda), co-autore dello studio.
Per ulteriori informazioni
Francesco Ferraro
email: francesco.ferraro3@unibo.it
tel: +390512095774
cell: +393666357560
Terzan 5, situato a 19 000 anni-luce dalla Terra, nel Bulge della nostra galassia, e` stato classificato come un ammasso globulare per oltre quarant`anni dalla sua scoperta. Oggi, un gruppo di astronomi a guida italiana ha scoperto che non e` come gli altri ammassi globulari noti finora.
Credit: NASA/ESA/Hubble/F. R. Ferraro
Due spettacolari immagini di Terzan 5. La fotografia di sinistra e` stata scattata in banda I dal Telescopio Spaziale Hubble (HST). Copre un campo di vista di 40"x40", con il nord verso l`alto e l`est verso sinistra. L`immagine sulla destra e` stata ottenuta al Very Large Telescope (VLT) e copre una regione leggermente piu` piccola dell`altra.
