Webb e Hubble rivelano la storia dei reperti della formazione della Via Lattea

Nuove ricerche mostrano che un ammasso globulare chiamato Terzan 5 contiene quattro generazioni separate di stelle, confermandone il prototipo di un “frammento fossile di rigonfiamento”.

I ricercatori hanno confermato una nuova classe di oggetti all’interno della nostra galassia della Via Lattea: sopravvissuti chiamati “frammenti fossili di rigonfiamento”. T

erzan 5 è il prototipo di questi resti della formazione iniziale della nostra galassia. Miliardi di anni fa, gruppi primordiali simili si espansero e si fusero formando il rigonfiamento della Via Lattea, eppure Terzan 5 rimase intatto fino ai giorni nostri.

Un nuovo studio che ha combinato recenti osservazioni del telescopio spaziale NASA/ESA/CSA James Webb e dati raccolti in oltre 12 anni dal telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA ha dimostrato in modo definitivo che Terzan 5 ha vissuto fino a quattro episodi distinti di formazione stellare, confermando che non si tratta di un vero ammasso globulare. Invece, è qualcosa di molto più strano e raro.

I ricercatori che utilizzano due degli osservatori più potenti dell’umanità — il NASA/ESA/CSA James Webb e i telescopi spaziali Hubble NASA/ESA — hanno dimostrato in modo definitivo che Terzan 5 non è un ammasso globulare di stelle come era classificato un tempo, offrendo nuove prospettive su come galassie come la nostra si formano ed evolvano nel tempo.

Un ammasso globulare di stelle tipicamente ospita una sola popolazione stellare antica.

Nuovi dati non solo confermano l’esistenza di due popolazioni distinte di stelle in Terzan 5, ma forniscono anche prove di due cicli più recenti di formazione stellare.

Sebbene situata all’interno del rigonfiamento affollato della galassia della Via Lattea, la regione centrale e sferica della nostra galassia composta da stelle più antiche, Terzan 5 era abbastanza massiccio da mantenere la sua identità separata mentre i sistemi più leggeri si dispersero e si mescolavano per formare il rigonfiamento miliardi di anni fa. È come un grumo in un pastello per torta altrimenti ben mescolato.

“Le nuove osservazioni nel vicino infrarosso di Webb, incrociate con quelle d’archivio di Hubble, ci hanno dato un quadro molto più chiaro della storia di Terzan 5”, ha detto Giorgia Zullo, che ha guidato la ricerca ed è dottoranda all’Università di Bologna in Italia.

Questi risultati sono stati presentati in una conferenza stampa martedì alla 248ª riunione dell’American Astronomical Society e pubblicati su Astronomy & Astrophysics.

Quattro generazioni di stelle

Scoperto nel 1968 dall’astronomo Azop Terzan, Terzan 5 somiglia a un ammasso globulare sotto molti aspetti. Tuttavia, nel 2009 si scoprì che questo sistema ospitava due distinte popolazioni di stelle.

Nel 2016 Hubble fornì la prima stima delle loro età, mostrando che uno si formò circa 12 miliardi di anni fa (mentre la Via Lattea stessa si stava assemblando) e l’altro circa 5 miliardi di anni fa, poco prima che la Terra iniziasse a formarsi. Questo indicava una storia più complessa rispetto a un tipico ammasso globulare.

Studiare Terzan 5 è complicato dalla sua posizione in una regione della nostra galassia affollata di stelle e pesantemente nascosta dalla polvere. Ed è qui che è intervenuto Webb.

La sua visuale a infrarossi ha permesso al team di ricerca di osservare attraverso la polvere e catalogare molte più stelle, e stelle più debole, rispetto ai lavori precedenti. Misurando i colori e la luminosità delle stelle, gli astronomi possono classificarle in popolazioni di età e chimiche diverse.

Webb è stato in grado di misurare queste proprietà chiave per ogni stella nel campo visivo del cielo — sia stelle all’interno di Terzan 5 sia stelle in primo piano non correlate.

Per isolare le stelle di Terzan 5, il team si è affidato alla potenza e alla longevità di Hubble.

La separazione di 12 anni delle esposizioni di Hubble permise al team di misurare movimenti molto piccoli di singole stelle, noti come moti propri, per determinare quali stelle appartengono a Terzan 5 e quali fanno parte del rigonfiamento della galassia della Via Lattea.

Combinando dati sia di Webb che di Hubble, i ricercatori hanno trovato forti prove dell’esistenza di altre due popolazioni stellari, una formatasi 3,8 miliardi di anni fa e un’altra solo 2,5 miliardi di anni fa.

Sono inoltre stati in grado di determinare le età delle popolazioni stellari precedentemente conosciute con una precisione senza precedenti, scoprendo che si sono formate 12,5 miliardi e 4,7 miliardi di anni fa.

Con le due generazioni di stelle già conosciute, gli astronomi non potevano escludere la possibilità che Terzan 5 avesse interagito con un altro oggetto, come un ammasso globulare o una gigantesca nube molecolare, arricchiendosi di nuovo gas e polvere che innescarono una seconda serie di formazione stellare.

Con quattro generazioni stellari, queste spiegazioni sono escluse.

Le misurazioni della composizione stellare delle popolazioni di Terzan 5 effettuate presso l’Osservatorio W. M. Keck e il Very Large Telescopy dell’Osservatorio Europeo Australe indicano anche popolazioni molto distinte. “Insieme all’età di queste popolazioni, l’ammasso conserva un record fossile di arricchimento progressivo degli elementi pesanti tramite supernove”, ha detto il coautore R. Michael Rich, astronomio ricercatore presso l’Università della California, Los Angeles.

Terzan 5 ha formato più generazioni di stelle perché è stato in grado di trattenere le materie prime necessarie.

Ci sono prove di potenti esplosioni di supernova in Terzan 5 che hanno forgiato elementi più pesanti e che sono stati trasportati dalle generazioni successive di stelle.

Nei sistemi più leggeri, la forza delle esplosioni stesse avrebbe potuto espellere gli elementi risultanti oltre a spazzare via gas e polvere residui.

Il progenitore di Terzan 5 aveva abbastanza massa da trattenere le espulsioni di quelle stelle, permettendo a nuove generazioni di stelle di formarsi nel corso di miliardi di anni.

‘Frammento fossile di rigonfiamento’

I risultati mostrano che Terzan 5 è molto probabilmente il residuo di un sistema stellare molto più massiccio che si è formato inizialmente 12,5 miliardi di anni fa. Terzan 5 è straordinario perché è sopravvissuto — e non si è mai fuso né si è completamente “mescolato” con il rigonfiamento della galassia della Via Lattea.

 “Per qualche motivo, questo particolare ammasso di stelle si è formato separatamente dal rigonfiamento e non è stato distrutto mentre il rigonfiamento stesso si è formato”, ha detto Francesco R. Ferraro, professore all’Università di Bologna e ricercatore principale delle osservazioni di Webb. 

“Terzan 5 è ciò che ora chiamiamo un frammento fossile di rigonfiamento perché somiglia agli ammassi primordiali che hanno contribuito alla formazione del rigonfiamento.”

Ad oggi, c’è un altro oggetto cosmico noto come Terzan 5. Liller 1 fu il secondo a essere riclassificato da ammasso globulare di stelle a frammento fossile di rigonfiamento. Contiene anche più generazioni di stelle.

Potrebbero esserci altri oggetti simili. Tra 40 e 50 ammassi globulari aggiuntivi che orbitano all’interno del rigonfiamento saranno esaminati dal team di Ferraro per determinare se le loro popolazioni stellari sono tutte uguali, come ammassi globulari, o se hanno diverse generazioni, come frammenti fossili di rigonfiamento.

Potenziali paralleli per la formazione di galassie vicine e lontane

In definitiva, questa ricerca potrebbe migliorare ciò che sappiamo su come si formano i rigonfiamenti centrali delle galassie nel corso di centinaia di milioni di anni. 

“Basandoci su osservazioni e simulazioni approfondite, pensiamo che le galassie dell’Universo primordiale avessero enormi dischi di gas che si frammentavano in gruppi e formavano stelle. Questi ammassi migrarono al centro delle galassie, e molti si fusero formando i loro rigonfiamenti”, ha detto Barbara Lanzoni, coautrice e professoressa associata all’Università di Bologna.

Ad esempio, Webb ha individuato diversi esempi di galassie “grumose” che si stavano formando attivamente quando l’Universo aveva solo poche centinaia di milioni di anni, come gli ammassamenti nella galassia Firefly Sparkle. 

“Terzan 5 potrebbe fornire prove dirette che aiutano a spiegare come si siano formate le protuberanze nelle galassie di tutto l’Universo,” conclude Lanzoni.

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