Un team di astronomi ha utilizzato la sensibilità infrarossa suprema del telescopio spaziale James Webb (JWST) per studiare l’ambiente di formazione stellare eccezionalmente intensa al centro della galassia starburst Messier 82 (M82). Hanno usato grandi molecole organiche per mappare il massiccio vento galattico che espelle grandi quantità di gas causato dalla formazione stellare e dalle esplosioni di supernova con un dettaglio senza precedenti e rintracciare la sua origine nei densi ammassi stellari nel disco della galassia. Lo studio è un grande passo avanti verso una migliore comprensione di come M82 stia formando le stelle e di come questa attività estrema stia influenzando la galassia nel suo complesso.
Gli starburst sono fasi di formazione stellare rapida ed efficiente. La maggior parte delle galassie ha sperimentato periodi di intensa formazione stellare nella storia primordiale dell’universo, più di 10 miliardi di anni fa.
Tuttavia, indagare su queste condizioni è difficile a causa della loro distanza. Fortunatamente, alcune galassie starburst sono relativamente vicine, il che permette di dare un’occhiata dettagliata a quegli ambienti estremi.
Una di queste galassie è Messier 82 (M82). Situato a 12 milioni di anni luce di distanza nella costellazione dell’Orsa Maggiore, è di dimensioni relativamente compatte.
Ospita una frenetica attività di formazione stellare. Per fare un confronto, M82 sta facendo germogliare nuove stelle dieci volte più velocemente della Via Lattea. Circa 10 milioni di anni fa, quel rapporto era addirittura di 80.
“M82 è il prototipo della galassia starburst con un bellissimo deflusso multifase e quindi un ottimo laboratorio per studiare questo tipo di ambienti estremi”, ha detto Leindert Boogaard, ricercatore post-dottorato presso il Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) di Heidelberg, in Germania, e co-autore dello studio pubblicato su The Astrophysical Journal.
“Svolgono un ruolo importante nella formazione e nell’evoluzione delle galassie, ma sono molto difficili da studiare a distanze cosmologiche”.
“Il nostro gruppo di ricerca ha studiato il vento galattico in M82 per molti anni”, ha detto Fabian Walter, leader del gruppo di ricerca presso MPIA. È un altro co-autore dell’articolo di ricerca.
Sfruttando il superbo potere risolutivo dello strumento NIRCam (Near-Infrared Camera) del JWST alle lunghezze d’onda dell’infrarosso, il team guidato da Alberto Bolatto (University of Maryland, USA) è riuscito a ottenere uno sguardo dettagliato senza precedenti sulle condizioni fisiche che favoriscono la formazione di nuove stelle.
“Fino ad ora, abbiamo rilevato gas ionizzato sia freddo che caldo nei grandi deflussi. Le ultime osservazioni del JWST forniscono una nuova visione delle condizioni apparentemente contraddittorie con una risoluzione e una sensibilità senza precedenti», aggiunge Walter.
La formazione stellare continua a mantenere un alone di mistero perché è avvolta da cortine di polvere e gas, creando un ostacolo nell’osservazione di questo processo.
Fortunatamente, la capacità di JWST di scrutare nell’infrarosso è una risorsa per navigare in queste condizioni torbide.
Inoltre, queste immagini NIRCam del centro dello starburst sono state ottenute utilizzando una modalità strumentale che ha impedito alla sorgente molto luminosa di sopraffare il rivelatore.
Le esplosioni di supernova avvengono alla fine della breve vita di una stella massiccia. Quindi, dopo un’epoca con un alto tasso di formazione stellare, anche le esplosioni stellari danno origine a un’intensa era di supernove.
Di conseguenza, le esplosioni contribuiscono fortemente a un vento galattico, che spinge gas e polvere nell’alone della galassia. Osservazioni limitate a specifiche lunghezze d’onda rivelano il materiale che sale molto al di sopra e al di sotto del disco galattico.
Un’area di interesse per questo team di ricerca è stata la comprensione di come questo vento galattico, causato dal rapido tasso di formazione stellare e dalle successive supernove, viene lanciato e influenza l’ambiente circostante.
Risolvendo una sezione centrale di M82, gli scienziati hanno esaminato l’origine del vento e hanno ottenuto informazioni su come interagiscono i componenti caldi e freddi.
Lo strumento NIRCam è adatto per tracciare la struttura del vento galattico attraverso l’emissione di molecole note come idrocarburi policiclici aromatici (IPA). Gli IPA sono considerati minuscoli grani al confine tra grandi molecole e particelle di polvere fuligginosa che sopravvivono a temperature più fredde ma si disintegrano in condizioni di caldo.
Con grande sorpresa del team, la nuova visione dell’emissione di IPA evidenzia la struttura fine del vento galattico, un aspetto precedentemente sconosciuto. Raffigurata come filamenti rossi, l’emissione si estende lontano dalla regione centrale dove risiede il cuore della formazione stellare. Un’altra scoperta inaspettata è stata la struttura simile tra l’emissione di IPA e quella del gas caldo ionizzato.
“È stato inaspettato vedere l’emissione di IPA assomigliare al gas ionizzato”, ha detto Bolatto, autore principale dello studio.
“Gli IPA non dovrebbero vivere molto a lungo se esposti a un campo di radiazioni così forte, quindi forse vengono continuamente reintegrati. Mette in discussione le nostre teorie e ci mostra che sono necessarie ulteriori indagini”.
«È emozionante vedere i dettagli spettacolari del deflusso che si illuminano nell’emissione di IPA, il che dimostra la potenza del JWST», sottolinea Boogaard. “Le nuove osservazioni ci forniscono informazioni vitali su come vengono lanciati questi deflussi e su come influiscono sull’ambiente circostante”.
Le osservazioni di M82 nella luce del vicino infrarosso stimolano ulteriori domande sulla formazione stellare, ad alcune delle quali il team spera di rispondere con ulteriori dati raccolti con il JWST.
Nel prossimo futuro, il team avrà osservazioni spettroscopiche di M82 da JWST pronte per la loro analisi, così come immagini complementari su larga scala della galassia e del vento.
I dati spettrali aiuteranno gli astronomi a determinare con precisione l’età degli ammassi stellari e forniranno un senso del tempismo per quanto tempo dura ogni fase della formazione stellare in un ambiente di galassie starburst.
Su una scala più ampia, l’ispezione dell’attività in galassie come M82 può approfondire la comprensione dell’universo primordiale da parte degli astronomi.
Dopotutto, JWST è in grado di studiare le galassie a tutte le distanze. Oltre a osservare galassie giovani e lontane, gli astronomi possono osservare obiettivi più vicini a casa per raccogliere una visione dettagliata dei processi che avvengono qui, eventi che si sono verificati anche nell’universo primordiale.
Immagine: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Bolatto (University of Maryland)
