Come si nasce, si ruota
Anche l’orientazione dell’asse di rotazione delle stelle può aiutarci a capire meglio l’ambiente dove esse si sono formate. Così Enrico Corsaro, fellow del programma AstroFIt2 presso l’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) a Catania, ha guidato un team internazionale di ricercatori per studiare il moto di rotazione di un gruppo di giganti rosse, stelle con massa simile al nostro Sole ma in una fase evolutiva più avanzata, appartenenti a due ammassi stellari aperti. L’analisi delle loro oscillazioni ha permesso di ricavare che gli assi di rotazione delle stelle di ciascun ammasso sono orientati prevalentemente in una specifica direzione nel cielo. Questa condizione porta con sé informazioni su come gli stessi ammassi stellari si sono formati, miliardi di anni fa. Le stelle si originano a seguito del collasso gravitazionale di una nube molecolare, la quale è caratterizzata da moti turbolenti che avvengono al suo interno. Una nube molecolare può generare diversi ammassi stellari, ognuno dei quali contenente anche migliaia di stelle. Difficile però è osservare il processo che porta all’accensione di nuove stelle e altrettanto lo è per ricostruirlo teoricamente.
Un modo alternativo di studiare la formazione stellare è quello di analizzare gli ammassi stellari già formati, per ricavare informazioni sul loro passato. Una tematica poco affrontata e discussa fino ad oggi è relativa all’evoluzione dei moti di rotazione durante la formazione stellare. La presenza di una rotazione globale della nube molecolare dovrebbe riflettersi in un allineamento degli assi di rotazione delle stelle che vengono generate dalla nube stessa. Questo perché le stelle erediterebbero l’orientazione del momento angolare – comune fra tutte – dalla nube originaria. Studi precedenti effettuati su stelle di alcuni giovani ammassi aperti, non avevano però trovato una evidenza della presenza di questo allineamento degli assi di rotazione.
Il nuovo studio, realizzato con la tecnica dell’astrosismologia, ovvero della scienza che ricava le proprietà delle stelle dall’analisi delle loro pulsazioni, ha interessato due ammassi stellari aperti appartenenti alla nostra Galassia, NGC 6791 e NGC 6819, rispettivamente a più di 13 mila e di 7 mila anni luce da noi. Entrambi gli ammassi, molto evoluti, contengono una ricca popolazione di giganti rosse. Il team ha analizzato 48 giganti rosse che mostrano oscillazioni, ovvero periodiche espansioni e contrazioni della loro struttura, osservate dalla missione spaziale Kepler della NASA. “Proprio grazie alle loro oscillazioni abbiamo misurato l’angolo di inclinazione dell’asse di rotazione di ciascuna stella” dice Corsaro, primo autore dell’articolo pubblicato su Nature Astronomy che descrive i risultati dello studio. Quanto osservato è che quasi tutte le stelle del campione hanno assi di rotazione fortemente allineati fra loro, poiché puntano in una stessa direzione nel cielo. L’evidenza di questo risultato non lascia spazio ad alcun dubbio e ci fa dedurre che questo fenomeno deve necessariamente essersi originato nella fase di formazione degli stessi ammassi stellari, avvenuta miliardi di anni fa”.
Per capire le condizioni di formazione dei due ammassi in questione i ricercatori hanno realizzato accurate simulazioni in 3D al calcolatore, che hanno permesso di misurare la percentuale di energia rotazionale, responsabile dell’allineamento degli assi di rotazione stellari, e di quella antagonista di tipo turbolento, durante la formazione del protoammasso, cioè del progenitore del futuro ammasso stellare.
“Ciò che abbiamo osservato, cioè il forte allineamento degli assi di rotazione di un consistente numero di stelle, può essere riprodotto assumendo che almeno la metà del totale di energia cinetica della nube molecolare che ha dato origine a ciascuno dei due ammassi, fosse di carattere rotazionale” aggiunge Corsaro. “Questo ci mostra come il momento angolare globale della nube sia stato trasferito in modo efficiente alle singole stelle che si sono formate al suo interno. Tuttavia ciò non si verifica se le stelle hanno masse più piccole rispetto al Sole poiché dalla nube non viene trasferita massa a sufficienza per contrastare i moti turbolenti, che quindi ridistribuiscono il momento angolare in tutte le direzioni facendo perdere ogni traccia di un possibile allineamento degli assi di rotazione”.
Il risultato ottenuto dai ricercatori pone per la prima volta evidenza su come la fase di formazione stellare possa essere compresa e studiata in dettaglio tramite l’asterosismologia anche in stelle con età paragonabili a quella dell’Universo. Si può così risalire alle componenti energetiche, nonché alla struttura e geometria delle prime fasi che hanno portato alla formazione degli ammassi stellari. In futuro sarà quindi possibile compiere questo tipo di analisi su numerosi altri ammassi presenti all’interno della nostra Galassia.
Un team internazionale di scienziati guidato da ricercatori dell’Istituto Nazionale di Astrofisica a Roma, insieme a quelli delle strutture INAF di Bologna e Milano e dell’Università di Bologna, ha scoperto una popolazione di galassie giovani in un’epoca assai remota, ovvero circa 11 miliardi di anni fa, quando l’universo aveva appena il cinque percento della sua età attuale. La scoperta, pubblicata in un articolo sul numero di marzo della rivista Nature Astronomy, è stata ottenuta grazie all’uso combinato delle osservazioni con lo spettrografo VIMOS (costruito da un consorzio franco-italiano) installato al telescopio Very Large Telescope (VLT) dell’ESO in Cile e di immagini del telescopio spaziale Hubble Space Telescope, della NASA e dell’ESA. Lo studio ha permesso di rivelare alcune caratteristiche peculiari di queste galassie primordiali, ricche di gas ionizzato e con piccole concentrazioni di polveri ed elementi chimici come il carbonio e l’ossigeno. La nascita e l’evoluzione delle galassie, come la nostra Via Lattea, sono avvenute durante le prime centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang e sono ancora quasi completamente nascoste alle nostre osservazioni. Nell’ultimo decennio gli astronomi hanno spinto le loro indagini fino alla cosiddetta “Età Oscura” o Dark Ages, un’era durata per circa 700 milioni di anni dopo il Big Bang, durante la quale l’universo era completamente oscurato da una densa nebbia di idrogeno neutro. Per conoscere le caratteristiche di queste galassie primordiali, il team di scienziati guidati da Ricardo Amorín, all’epoca ricercatore dell’Istituto Nazionale di Astrofisica a Roma e oggi in forza all’Università di Cambridge, ha adottato un approccio diverso da quelli seguiti finora: questo approccio si basa sul fatto che nuove galassie continuano a formarsi anche dopo l’Età Oscura, seppure con un ritmo più blando. Siccome queste galassie sono un po’ più vicine a noi e più libere dalla nebbia di idrogeno delle loro controparti dell’Età Oscura, sono più facili da studiare ma rivelano tutte le proprietà degli oggetti di quella remota epoca. La scoperta ha comunque richiesto un grande sforzo osservativo, coordinato dal progetto VIMOS-VLT UltraDeep Survey (VUDS), la più grande survey di galassie lontane mai realizzata.
«Abbiamo trovato per la prima volta una popolazione di galassie estremamente giovani, con le proprietà che dovrebbero avere le galassie nella fase iniziale della loro vita» spiega Amorín. Gli spettri ottenuti con lo spettrografo VIMOS rivelano che tali galassie sono ricche di gas ionizzato e povere di polveri e elementi quali il carbonio e ossigeno. «Questi elementi sono rilasciati nel mezzo dalle stelle molto massicce nate dall’intensa formazione stellare che osserviamo e che sono appena esplose» dice Enrique Pérez-Montero, dell’Instituto de Astrofísica de Andalucía, che ha partecipato alla scoperta. Queste stelle molto calde e luminose sono in grado, prima di esplodere come supernove, di ionizzare con la loro radiazione ultravioletta le nubi di gas di idrogeno che le circondano. I successivi flussi di gas che si creano, arricchiti di carbonio e ossigeno, “inquinano” l’universo circostante (composto principalmente da idrogeno ed elio) di elementi più pesanti e lo puliscono dell’idrogeno neutro, contribuendo alla fine dell’Età Oscura.
Le onde di Alfvén, teorizzate circa settant’anni fa, hanno catalizzato l’attenzione dei fisici solari di tutto il mondo, in quanto la loro energia contribuirebbe in modo decisivo al riscaldamento della corona solare – lo strato più esterno dell’atmosfera del Sole – fino a milioni di gradi, rispetto alla più “fredda” e interna zona visibile, che raggiunge valori di circa 6000 gradi. Un team internazionale coordinato Gerard Doyle dell’Armagh Observatory and Planetarium nel Regno Unito, e a cui ha partecipato Marco Stangalini, ricercatore dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (Inaf) a Roma, annuncia in un lavoro in pubblicazione nell’ultimo numero della rivista Scientific Reports, la scoperta di onde torsionali di Alfvén di alta frequenza – con periodo di circa 30 secondi – in sottili tubi di flusso magnetici nell’atmosfera del Sole. Tali onde sono in grado di trasportare una grande quantità di energia negli gli strati più esterni dell’atmosfera della stella e di agire da sorgente di energia non solo per il riscaldamento della corona, ma anche per l’accelerazione del vento solare.
Il sistema multiplo di pianeti terrestri transitanti individuato attorno a TRAPPIST-1 è straordinario sotto diversi aspetti – sottolinea Alessandro Sozzetti, astronomo dell’Istituto Nazionale di Astrofisica – Innanzitutto, e’ il primo sistema contenente pianeti di tipo terrestre nella fascia di abitabilità (quell’intervallo di distanze da una stella entro il quale un pianeta di tipo roccioso con un’atmosfera può potenzialmente avere acqua allo stato liquido sulla superficie) per i quali sia stato possibile determinare sia pur in modo preliminare la loro densità, e quindi la composizione interna, scoprendo che sono probabilmente rocciosi come la nostra Terra. In secondo luogo, tre dei sette pianeti del sistema sono soggetti a livelli di irraggiamento da parte della stella centrale simili a quelli che Venere, la Terra e Marte ricevono dal nostro Sole, e se posseggono un’atmosfera di tipo terrestre potrebbero avere oceani sulla superficie. Inoltre, la bassissima luminosità e le dimensioni paragonabili al nostro Giove rendono gli eventi di transito dei pianeti in fascia abitabile frequenti e facili da rivelare, aprendo la possibilità della caratterizzazione dettagliata delle loro proprieta’ atmosferiche con strumentazione di punta già esistente (come HST) o pronta nel futuro prossimo (come JWST). I pianeti rocciosi potenzialmente abitabili attorno a stelle molto più piccole e fredde del Sole, quali TRAPPIST-1 , costituiscono dei laboratori eccezionali dove studiare l’impatto sulle proprieta’ atmosferiche (e sul concetto di abitabilita’ stessa) di questi oggetti di storie evolutive molto diverse da quelle da cui ha avuto origine la nostra Terra. In ultima analisi, l’esistenza del sistema planetario di TRAPPIST-1, e in generale il successo della strategia della ricerca di pianeti terrestri attorno a stelle di piccola massa, rende se possibile ancora più urgente moltiplicare gli sforzi per la scoperta e caratterizzazione delle proprietà fisiche e delle atmosfere di veri gemelli della nostra Terra, cioè pianeti di tipo terrestre nella regione di abitabilità di stelle più simili al nostro Sole”.
La scomparsa della scienziata americana Vera Rubin, avvenuta nel giorno di Natale all’età di 88 anni, chiude un capitolo dell’astronomia che resterà scolpito nella storia delle ricerche sull’universo. Fu lei nel 1974 a dimostrare l’esistenza della materia oscura, quell’invisibile frazione che rappresenta il 27% della massa dell’intero Universo, confermando la congettura elaborata in precedenza da Fritz Zwicky. Il punto di svolta fu l’osservazione della rotazione anomala delle galassie, che le permise di arrivare al risultato. 
