AI TEMPI DEL BIG BANG
Pubblicata su «Monthly Notices of the Royal Astronomical Society» la ricerca del
team di astronomi guidato da Antonino Milone dell’Università di Padova sui
comportamenti delle stelle binarie miste. La loro esistenza era stata predetta
da simulazioni numeriche, ma questa è la prima volta che vengono osservate:
fatta luce su eventi avvenuti nell’universo primordiale
Immagine della regione centrale dell’ammasso globulare NGC6352 ottenuta dal
telescopio spaziale Hubble ed usata in questo studio.
A destra: rappresentazione artistica di due binarie formate da stelle di
seconda popolazione (in alto) e di una binaria mista (in basso). Le stelle di
prima e seconda popolazione sono state colorate rispettivamente in rosso e blu.
I “globulari” sono antichi ammassi isolati di stelle distribuiti omogeneamente
intorno alla via Lattea formati da centinaia di migliaia di stelle nate oltre
tredici miliardi di anni fa. Per oltre mezzo secolo, gli astronomi hanno creduto
che gli ammassi fossero sistemi molto semplici, con stelle generate
contemporaneamente e con stesse proporzioni di elio e idrogeno.
Recenti sviluppi dell’astrofisica stellare, avvenuti in buona parte nello scorso
decennio a Padova, hanno però contraddetto questa visione semplicista
permettendo di scoprire al loro interno proprietà completamente inaspettate: si
tratta della scoperta delle popolazioni stellari multiple, ovvero gruppi di
stelle ben distinte, la cui esistenza non era prevista dalle teorie
sull’evoluzione stellare.
L’origine delle popolazioni multiple insieme alla loro strana composizione
chimica rappresentano uno dei principali misteri tuttora irrisolti
dell’astrofisica stellare che potrebbe avere grosse implicazioni sul meccanismo
di formazione della nostra galassia. Una delle caratteristiche distintive è la
composizione chimica: alcune stelle (dette di prima popolazione) hanno un
contenuto di elio simile a quello delle altre stelle della Via Lattea, altre
stelle (delle di seconda popolazione) hanno abbondanze chimiche estreme che non
si osservano in nessun altro luogo dell’Universo.
Negli ammassi globulari si trovano frequentemente coppie di stelle (stelle
binarie) legate gravitazionalmente, ma la relazione tra queste stelle binarie e
le popolazioni multiple è ancora poco chiara.
Studi teorici indicano che alcune stelle abbiano trovato il proprio partner sin
dalla nascita e possano condividere la vita di coppia per miliardi di anni o
addirittura per la loro intera vita. Le coppie che formano queste relazioni
longeve vengono chiamate ‘binarie primordiali’.
Spesso accade che quando una stella “single” si avvicini troppo a una binaria
spezzi il legame gravitazionale che le ha tenute unite per così lungo tempo e
separi i due partner. La stella “single” può allora legarsi a una delle due
stelle che formava la vecchia binaria e dare origine a una nuova coppia di
stelle. Al partner espulso dal sistema binario, non resta altro che andarsene e
vagare per l’ammasso.
Il gruppo di ricercatori del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università
di Padova, coordinati scientificamente da Antonino Milone, in collaborazione con
INAF di Padova e altri enti di ricerca internazionali, ha pubblicato sul
«Monthly Notices of the Royal Astronomical Society» uno studio innovativo per
capire il comportamento delle binarie in relazione alla presenza delle
popolazioni multiple. La ricerca
pubblicata si è avvalsa dei fondi ERC del progetto ‘GALFOR’ ottenuto nel
2017 dal professor Antonino Milone
(http://progetti.dfa.unipd.it/GALFOR/).
Gli ammassi globulari appaiono come delle distribuzioni sferiche di stelle. Da
un’analisi accurata delle immagini delle regioni centrali di queste sfere,
ottenute con il telescopio spaziale Hubble della NASA e dell’ESA, in alcuni
ammassi globulari è stato possibile individuare centinaia di stelle binarie e
ricostruire la storia delle componenti di ciascuna coppia. La qualità
straordinaria delle immagini delle regioni interne degli ammassi combinata con
le nuove tecniche introdotte dagli autori per analizzare i dati ottenuti ha
consentito di chiarire la connessione tra binarie e popolazioni multiple e
conoscere la popolazione di appartenenza di ciascuna stella.
«La prima scoperta sorprendente è stata quella che nelle regioni interne le
stelle appartenenti alle due popolazioni sono caratterizzate da una frazione
numericamente simile di binarie - dice Antonino Milone primo firmatario della
ricerca pubblicata -. Studi precedenti invece mostravano che le regioni
periferiche degli ammassi globulari erano dominate da binarie di prima
popolazione mentre le stelle di seconda popolazione sembrano preferire la vita
da “single”. Queste differenze rivelano le conseguenze dei processi di
formazione ed evoluzione degli ammassi globulari».
Lo studio ha esplorato più ammassi e trovato differenze tra ammassi che rivelano
diversità nelle loro storie evolutive.
«Nelle regioni interne dell’ammasso globulare NGC6362 abbiamo trovato
esclusivamente binarie formate da coppie di stelle dello stesso tipo: le stelle
di prima popolazione formano coppie solo con altre stelle di prima popolazione e
le stelle di seconda popolazione scelgono solo le loro simili. La maggior parte
di queste coppie di stelle si sono legate poche centinaia di milioni di anni
dopo il Big Bang e sono rimaste insieme per oltre 13 miliardi di anni - afferma
Anna Marino, responsabile di un progetto per lo studio di popolazioni stellari
in ammassi globulari finanziato con oltre 170.000 euro dalla commissione europea
nell’ambito delle azioni Marie Curie -. Invece in NGC6352, un altro ammasso
studiato dal nostro team di astronomi, è stato possibile identificare binarie
miste, ovvero coppie formate da stelle di diversa popolazione. In questo caso,
la maggior parte delle binarie primordiali sono state distrutte e molte delle
nuove coppie di stelle osservate si sono formate in epoche più recenti».
Da sinistra a destra. Marco Tailo, Antonino Milone, Anna Marino, Edoardo
Lagioia, Giacomo Cordoni - Università di Padova
L'esistenza di binarie miste era stata predetta da simulazioni numeriche, ma
questa è la prima volta che vengono osservate. La popolazione di binarie miste
si forma come conseguenza degli incontri tra stelle dell'ammasso e le
osservazioni forniscono quindi evidenza dell'attività dinamica nelle regioni più
centrali dell'ammasso.
«Questa è la prima volta che le binarie sono state osservate e tale scoperta è
stata resa possibile grazie alla straordinaria qualità delle immagini del
telescopio spaziale Hubble – conclude Giacomo Cordoni, che a 23 anni è il più
giovane autore della ricerca e studia gli ammassi globulari nell’ambito del
dottorato di ricerca al Dipartimento di Fisica e Astronomia di Padova -. In
pratica, il fatto che gli ammassi globulari siano tanto antichi ci ha offerto
un’opportunità unica di fare archeologia stellare. Studiando le loro stelle
siamo riusciti a fare un po' di luce su eventi avvenuti nell’universo
primordiale»..