Introduzione: uno stretto legame

Un team internazionale guidato dal Astrophysics Department-AIM Laboratory – CEA-Irfu, ha appena ottenuto nuovi indizi sull’origine della distribuzione di massa stellare, combinando i dati osservativi dal grande interferometro ALMA e dal radiotelescopio APEX gestito dall’ European Southern Observatory (ESO) e l’Osservatorio spaziale Herschel.

Grazie ad ALMA, i ricercatori hanno scoperto nella cosiddetta Nebulosa Zampa di Gatto, situata a circa 5.500 anni luce, la presenza di nuclei densi protostellari molto più massicci di quelli osservati nelle vicinanze solari. I ricercatori hanno dimostrato che esiste uno stretto legame tra la distribuzione di massa dei filamenti interstellari e la distribuzione di massa delle stelle. La densità – o massa per unità di lunghezza – dei filamenti parentali è il parametro cruciale che controlla le masse di stelle appena formate. Questa scoperta fornisce un indizio chiave sull’origine delle masse stellari. Questi risultati sono stati pubblicati in tre articoli della rivista Astronomy & Astrophysics .

L’enigma delle masse stellari

Le stelle sono i principali elementi costitutivi dell’Universo e la vita di una stella è quasi interamente determinata dalla sua massa iniziale. Ma l’origine della distribuzione di massa delle stelle alla nascita – chiamata dagli astronomi la funzione di massa iniziale – è ancora un problema irrisolto. 

È stato a lungo pensato che le stelle siano formate dal crollo di nuvole interstellari più o meno sferiche. Ma dal 2009, l’osservatorio spaziale di Herschel ha permesso una svolta fondamentale rivelando che le stelle nascono principalmente in densi filamenti di gas freddo. Quando questi lunghi filamenti di gas, a una temperatura di appena ~ 10 K (10 gradi sopra lo zero assoluto), raggiungono una soglia di densità critica di circa 5 masse solari per anno luce di lunghezza, la concentrazione di massa diventa sufficiente per formare le stelle.

Osservando le nuvole interstellari nel quartiere solare, i risultati del satellite Herschel hanno dimostrato che i filamenti stellari hanno circa la stessa larghezza, vicino a ~ 0,3 anni luce. In queste nuvole, la massa caratteristica delle stelle formata dalla frammentazione dei filamenti è di circa ~ 0,3 massa solare.

Ma la sensibilità e la risoluzione delle immagini satellitari di Herschel erano insufficienti per studiare questo processo di frammentazione in nuvole più distanti. Per comprendere meglio come le stelle che sono significativamente più massicce del nostro Sole possano formarsi in filamenti interstellari, gli astronomi hanno dovuto utilizzare strumenti con capacità di risoluzione più elevate rispetto a Herschel, come la fotocamera ArTéMiS presente sul radiotelescopio APEX, nonchè il grande interferometro ALMA, entrambi situati nel deserto di Atacama in Cile.

Stelle più massicce in filamenti più densi?

Gli astronomi, quindi, ricorrendo al grande interferometro ALMA, si sono concentrati su un’enorme regione di formazione stellare nota come NGC 6334, nota anche come Nebulosa Zampa di Gatto, situata a circa 5500 anni luce dalla Terra. Questa nebulosa è stata una delle prime regioni “fotografate” dalla telecamera ArTéMiS realizzando osservazioni alla lunghezza d’onda di 350 μm. L’immagine di ArTéMiS ha rivelato che il filamento principale ha una larghezza di circa 0,5 anni luce, molto simile a quello misurato con Herschel per i filamenti nel quartiere solare.

I ricercatori del laboratorio AIM potrebbero quindi mappare parte del filamento della zampa di gatto usando l’ interferometro ALMA. A sua volta, l’immagine ALMA ha mostrato che la struttura del filamento è molto simile, ma con un ordine di grandezza più massiccio, a quella dei filamenti posti nelle vicinanze, fatti di “fibre” intrecciate e condensazioni protostellari.

Sembra quindi che i filamenti interstellari si frammentino qualitativamente in modo molto simile, indipendentemente dalla loro densità, ma che la massa caratteristica delle condensazioni protostellari – e quindi le stelle – che risulta dalla frammentazione del filamento aumenta con la densità lineare dei filamenti.

Questa stretta relazione, dimostrata per la prima volta, rafforza l’idea che la formazione stellare nei filamenti di denso gas molecolare sia forse un processo quasi universale. Tali filamenti rappresentano “bulding blocks” fondamentali della nascita di una stella e la densità del filamento sembra essere il parametro critico che alla fine decide le masse delle stelle formate. La distribuzione di massa delle stelle sarebbe quindi parzialmente “ereditata” dalla distribuzione delle densità lineari del filamento.

L’enigma non è completamente risolto

L’enigma delle masse stellari, tuttavia, non è ancora stato completamente risolto. Una nuova domanda sorge come risultato di questo lavoro: qual è l’origine della distribuzione della densità dei filamenti stellari? I ricercatori sospettano che il campo magnetico e l’organizzazione delle linee di campo all’interno dei filamenti svolgano un ruolo cruciale qui. 

Lo strumento B-BOP, l’imager polarimetrico del progetto SPICA (Space Infrared Telescope for Cosmology and Astrophysics) per il telescopio spaziale criogenico a infrarossi proposto come missione M5 dell’Agenzia spaziale europea (ESA), dovrebbe consentire di testare questa ipotesi nel futuro.

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