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Webb esplora una galassia starburst estrema

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Messier 82 ripreso da Hubble. Pennacchi rossi di gas a forma di clessidra vengono sparati verso l'esterno dall'alto e dal basso del centro blu brillante a forma di disco di una galassia. Questa galassia è circondata da molte stelle bianche e si staglia sullo sfondo nero dello spazio. A destra: una sezione di Messier 82 ripresa da Webb. Una galassia a spirale starburst con un nucleo bianco brillante che si staglia sullo sfondo nero dello spazio. Credit: NASA, ESA, CSA, STScI, A. Bolatto (UMD)
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Nel mezzo di una galassia brulicante di stelle nuove e giovani si trova un’intricata sottostruttura

Il telescopio spaziale James Webb della NASA/ESA/CSA ha messo gli occhi sulla galassia starburst Messier 82 (M82), un ambiente piccolo ma potente caratterizzato da una rapida formazione stellare. Osservando più da vicino con le sensibili capacità a infrarossi di Webb, un team di scienziati sta arrivando al nucleo della galassia, acquisendo una migliore comprensione di come si formano le stelle e di come questa attività estrema sta influenzando la galassia nel suo insieme.

Situata a 12 milioni di anni luce di distanza nella costellazione dell’Orsa Maggiore, M82 è una galassia di dimensioni relativamente compatte ma che ospita una frenetica attività di formazione stellare. Per fare un confronto, M82 sta generando nuove stelle 10 volte più velocemente della Via Lattea.

Il team ha diretto lo strumento NIRCam di Webb verso il centro della galassia starburst, per ottenere uno sguardo ravvicinato sulle condizioni fisiche che favoriscono la formazione di nuove stelle.

“M82 ha catturato l’attenzione di molte osservazioni nel corso degli anni perché può essere considerata il prototipo della galassia starburst”, ha affermato Alberto Bolatto, autore principale dello studio. “è stata inquadrata sia con Spitzer che con Hubble ma con  la risoluzione di Webb, possiamo osservare nuovi dettagli”.

La formazione stellare continua ad essere avvolta in un senso di mistero a causa delle cortine di polvere e gas, che creano un ostacolo all’osservazione. La capacità di Webb in tal senso di scrutare nell’infrarosso è di certo una risorsa per navigare in queste condizioni oscure. Inoltre, queste immagini NIRCam del centro stesso dello starburst sono state ottenute utilizzando una modalità strumentale che impediva alla sorgente molto luminosa di sopraffare il rilevatore.

Mentre tentacoli di polvere marrone scuro sono intrecciati nel nucleo bianco brillante di M82 in questa visione a infrarossi, la NIRCam di Webb ha rivelato dettagli notevoli. Guardando infatti più da vicino verso il centro, piccoli granelli raffigurati in verde denotano aree concentrate di ferro, la maggior parte delle quali sono resti di supernova. Piccole macchie che appaiono rosse indicano regioni in cui l’idrogeno molecolare viene illuminato dalla radiazione di una giovane stella vicina.

Osservando M82 nelle lunghezze d’onda dell’infrarosso leggermente più lunghe, si possono vedere viticci grumosi rappresentati in rosso che si estendono sopra e sotto il piano della galassia. Si tratta di un vento galattico che fuoriesce dal nucleo dello starburst.

Risolvendo una sezione centrale di M82, gli scienziati sono stati in grado di esaminare da dove ha origine il vento e ottenere informazioni su come i componenti caldi e freddi interagiscono all’interno del vento.

Una galassia a spirale starburst con un nucleo bianco brillante che si staglia sullo sfondo nero dello spazio. Una fascia bianca del disco bordo si estende da sinistra in basso a destra in alto. Viticci di polvere marrone scuro sono sparsi sottili lungo questa fascia. Molti punti bianchi di varie dimensioni – stelle o ammassi stellari – sono sparsi in tutta l’immagine, ma sono maggiormente concentrati verso il centro. Molti filamenti rossi e grumisi si estendono verticalmente sopra e sotto il piano della galassia.
Credit:
NASA, ESA, CSA, STScI, A. Bolatto (UMD)

Lo strumento NIRCam di Webb è particolarmente adatto a tracciare la struttura del vento galattico inseguendo l’emissione di molecole chimiche fuligginose note come idrocarburi policiclici aromatici (IPA). Gli IPA possono essere considerati granelli di polvere molto piccoli che sopravvivono a temperature più fredde ma vengono distrutti in condizioni calde.

Con grande sorpresa del team, la visione di Webb evidenzia che l’emissione di IPA si estende lontano dalla regione centrale dove si trova il cuore della formazione stellare. Un’altra scoperta inaspettata è stata la somiglianza tra la struttura delle emissioni di IPA e quella del gas caldo e ionizzato.

“È stato inaspettato vedere le emissioni di IPA somigliare a quelle del gas ionizzato”, ha detto Bolatto. “Si suppone che gli IPA non vivano molto a lungo se esposti a un campo di radiazioni così forte, quindi forse vengono continuamente reintegrati. Una nuova sfida alle nostre teorie e l’evidenza che sono necessarie ulteriori indagini”.

Le osservazioni di Webb di M82 nella luce del vicino infrarosso sollevano anche ulteriori domande sulla formazione stellare, ad alcune delle quali il team spera di rispondere a breve.

Nel prossimo futuro, il team avrà osservazioni spettroscopiche di M82 da Webb pronte per l’analisi, così come immagini complementari su larga scala della galassia e del suo vento. I dati spettrali aiuteranno gli astronomi a determinare l’età precisa degli ammassi stellari e a fornire un’idea di quanto dura ciascuna fase di formazione stellare in un ambiente di galassie starburst. Su scala più ampia, l’ispezione dell’attività in galassie come M82 può approfondire la comprensione da parte degli astronomi dell’Universo primordiale.

Questi risultati sono stati accettati per la pubblicazione su The Astrophysical Journal .