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La forma dell’alone stellare

Gli astronomi hanno scoperto che l’alone stellare della galassia della Via Lattea, una nuvola di stelle diffuse attorno a tutte le galassie, ha la forma di uno zeppelin ed è inclinato. 

Un nuovo studio ha rivelato la vera forma della nube diffusa di stelle che circonda il disco della nostra galassia. Per decenni, gli astronomi hanno pensato che questa nuvola di stelle, chiamata alone stellare, fosse in gran parte sferica, come un pallone da spiaggia. Ora un nuovo modello basato su osservazioni moderne mostra che l’alone stellare è oblungo e inclinato, proprio come un pallone appena preso a calci.

I risultati, pubblicati questo mese su The Astronomical Journal , offrono approfondimenti su una serie di aree tematiche astrofisiche. I risultati, ad esempio, fanno luce sulla storia della nostra galassia e sull’evoluzione galattica , offrendo anche indizi nella continua ricerca della misteriosa sostanza nota come materia oscura .

“La forma dell’alone stellare è un parametro fondamentale che abbiamo appena misurato con una precisione maggiore di quanto fosse possibile prima”, afferma l’autore principale dello studio Jiwon “Jesse” Han, Ph.D. studente presso il Centro di Astrofisica | Harvard e Smithsonian. “Ci sono molte importanti implicazioni del fatto che l’alone stellare non sia sferico ma invece abbia la forma di un pallone da calcio, un pallone da rugby o uno zeppelin: fai la tua scelta!”

“Per decenni, l’ipotesi generale è stata che l’alone stellare fosse più o meno sferico e isotropo, o uguale in ogni direzione”, aggiunge il coautore dello studio Charlie Conroy, consulente di Han e professore di astronomia all’Università di Harvard e al Centro di astrofisica. “Ora sappiamo che l’immagine da manuale della nostra galassia incorporata in un volume sferico di stelle deve essere eliminata”.

L’alone stellare della Via Lattea è la porzione visibile di quello che è più ampiamente chiamato l’alone galattico. Questo alone galattico è dominato dalla materia oscura invisibile , la cui presenza è misurabile solo attraverso la gravità che esercita. Ogni galassia ha il suo alone di materia oscura. Questi aloni servono come una sorta di impalcatura su cui pende la materia ordinaria e visibile. A sua volta, quella materia visibile forma stelle e altre strutture galattiche osservabili. Per comprendere meglio come si formano e interagiscono le galassie , così come la natura alla base della materia oscura, gli aloni stellari sono di conseguenza preziosi bersagli astrofisici.

“L’alone stellare è un tracciante dinamico dell’alone galattico”, afferma Han. “Per saperne di più sugli aloni galattici in generale, e in particolare sull’alone galattico e sulla storia della nostra galassia, l’alone stellare è un ottimo punto di partenza”.

 

Scandagliare la forma dell’alone stellare della Via Lattea, tuttavia, ha a lungo sfidato gli astrofisici per il semplice motivo che siamo incorporati al suo interno. L’alone stellare si estende per diverse centinaia di migliaia di anni luce sopra e sotto il piano pieno di stelle della nostra galassia, dove risiede il nostro Sistema Solare.

“A differenza delle galassie esterne, dove le guardiamo e misuriamo i loro aloni”, dice Han, “ci manca lo stesso tipo di prospettiva aerea esterna dell’alone della nostra galassia”.

A complicare ulteriormente le cose, l’alone stellare si è dimostrato piuttosto diffuso, contenendo solo circa l’uno percento della massa di tutte le stelle della galassia. Tuttavia, nel corso del tempo, gli astronomi sono riusciti a identificare molte migliaia di stelle che popolano questo alone, che sono distinguibili dalle altre stelle della Via Lattea per la loro caratteristica composizione chimica (misurabile mediante studi sulla loro luce stellare), nonché per le loro distanze e movimenti attraverso il cielo. Attraverso tali studi, gli astronomi si sono resi conto che le stelle dell’alone non sono distribuite uniformemente. Da allora l’obiettivo è stato quello di studiare i modelli di densità eccessiva delle stelle, che appaiono spazialmente come grappoli e flussi, per chiarire le origini ultime dell’alone stellare.

Il nuovo studio di ricercatori e colleghi CfA sfrutta due importanti set di dati raccolti negli ultimi anni che hanno scandagliato l’alone stellare come mai prima d’ora.

Il primo set proviene da Gaia, un rivoluzionario veicolo spaziale lanciato dall’Agenzia spaziale europea nel 2013. Gaia ha continuato a compilare le misurazioni più precise delle posizioni, dei movimenti e delle distanze di milioni di stelle nella Via Lattea, comprese alcune stelle dell’alone stellare vicine .

Il secondo set di dati proviene da H3 (Hectochelle in the Halo at High Resolution), un’indagine a terra condotta presso il MMT, situato presso l’Osservatorio Fred Lawrence Whipple in Arizona, e una collaborazione tra il CfA e l’Università dell’Arizona. H3 ha raccolto osservazioni dettagliate di decine di migliaia di stelle dell’alone stellare troppo lontane per essere valutate da Gaia.

La combinazione di questi dati in un modello flessibile che ha permesso alla forma dell’alone stellare di emergere da tutte le osservazioni ha prodotto l’alone decisamente non sferico, e la forma del pallone si adatta perfettamente ad altre scoperte fino ad oggi. La forma, ad esempio, concorda indipendentemente e fortemente con una delle principali teorie riguardanti la formazione dell’alone stellare della Via Lattea.

Secondo questo quadro, l’alone stellare si è formato quando una galassia nana solitaria si è scontrata 7-10 miliardi di anni fa con la nostra galassia molto più grande. La galassia nana defunta è nota in modo divertente come Gaia-Sausage-Enceladus (GSE), dove “Gaia” si riferisce alla suddetta astronave, “Sausage” per uno schema che appare quando si tracciano i dati di Gaia e “Enceladus” per il gigante mitologico greco che era sepolto sotto una montagna, un po’ come GSE è stato sepolto nella Via Lattea. Come conseguenza di questo evento di collisione galattica, la galassia nana è stata fatta a pezzi e le sue stelle costituenti sono state disperse in un alone disperso. Una tale storia di origine spiega l’intrinseca differenza delle stelle dell’alone stellare con le stelle nate e cresciute nella Via Lattea.

I risultati dello studio raccontano ulteriormente come il GSE e la Via Lattea hanno interagito tutti quegli eoni fa. La forma del pallone, tecnicamente chiamata ellissoide triassiale, riflette le osservazioni di due accumuli di stelle nell’alone stellare. I pile-up si sono apparentemente formati quando il GSE ha attraversato due orbite della Via Lattea. Durante queste orbite, GSE avrebbe rallentato due volte nei cosiddetti apocentri, o i punti più lontani nell’orbita della galassia nana del maggiore attrattore gravitazionale, la pesante Via Lattea; queste pause hanno portato allo spargimento extra di stelle GSE. Nel frattempo, l’inclinazione dell’alone stellare indica che GSE ha incontrato la Via Lattea con un angolo incidente e non dritto.

“L’inclinazione e la distribuzione delle stelle nell’alone stellare forniscono una drammatica conferma che la nostra galassia si è scontrata con un’altra galassia più piccola 7-10 miliardi di anni fa”, afferma Conroy.

In particolare, è passato così tanto tempo dallo scontro GSE-Via Lattea che ci si sarebbe aspettato che le stelle dell’alone stellare si assestassero dinamicamente nella classica forma sferica a lungo presunta. Il fatto che probabilmente non abbiano parlato del più ampio alone galattico, afferma il team. Questa struttura dominata dalla materia oscura è essa stessa probabilmente storta e, attraverso la sua gravità, allo stesso modo mantiene l’alone stellare fuori posto.

“L’alone stellare inclinato suggerisce fortemente che anche l’alone di materia oscura sottostante sia inclinato”, afferma Conroy. “Un’inclinazione nell’alone della materia oscura potrebbe avere conseguenze significative per la nostra capacità di rilevare particelle di materia oscura nei laboratori sulla Terra”.

L’ultimo punto di Conroy allude ai molteplici esperimenti di rivelatori di materia oscura ora in corso e pianificati. Questi rivelatori potrebbero aumentare le loro possibilità di catturare un’interazione sfuggente con la materia oscura se gli astrofisici potessero giudicare dove la sostanza è più fortemente concentrata, galatticamente parlando. Mentre la Terra si muove attraverso la Via Lattea, incontrerà periodicamente queste regioni di particelle di materia oscura dense e ad alta velocità, aumentando le probabilità di rilevamento.

La scoperta della configurazione più plausibile dell’alone stellare sta per far progredire molte indagini astrofisiche mentre riempie i dettagli di base sul nostro posto nell’universo.

“Queste sono domande così intuitivamente interessanti da porre sulla nostra galassia: ‘Che aspetto ha la galassia?’ e ‘Che aspetto ha l’ alone stellare ?'”, dice Han. “Con questa linea di ricerca e studio in particolare, stiamo finalmente rispondendo a queste domande”.

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