Prima visione 3D della formazione e dell’evoluzione degli ammassi globulari

Roma – Una prima osservazione 3D di popolazioni stellari multiple, per un campione rappresentativo di 16 ammassi globulari nella galassia, ha descritto, per la prima volta, le loro proprietà cinematiche, ovvero, come le stelle si muovono all’interno degli ammassi globulari, e della loro evoluzione a lungo termine dalla formazione sino ad oggi. Lo dimostra uno studio condotto da un gruppo di ricercatori dell’Istituto Nazionale di Astrofisica, INAF, dell’Università di Bologna e dell’Università dell’Indiana, pubblicato su Astronomy & Astrophysics. I risultati segnano una pietra miliare significativa nella attuale comprensione della formazione e dell’evoluzione dinamica di popolazioni stellari multiple negli ammassi globulari, agglomerati stellari sferici e molto compatti, solitamente popolati da circa 1-2 milioni di stelle. “Comprendere i processi fisici alla base della formazione e dell’evoluzione iniziale degli ammassi globulari è una delle questioni astrofisiche più affascinanti e dibattute degli ultimi 20-25 anni”, ha detto Emanuele Dalessandro, ricercatore presso l’INAF di Bologna, autore principale dell’articolo e coordinatore del gruppo di lavoro.” I risultati del nostro studio forniscono la prima solida prova che gli ammassi globulari si sono formati attraverso molteplici eventi di formazione stellare e pongono vincoli fondamentali sul percorso dinamico seguito dagli ammassi durante la loro evoluzione”, ha continuato Dalessandro. “Questi risultati sono stati resi possibili da un approccio multidiagnostico e dalla combinazione di osservazioni all’avanguardia e simulazioni dinamiche”, ha proseguito Dalessandro. Lo studio evidenzia che le differenze cinematiche tra più popolazioni sono fondamentali per comprendere i meccanismi di formazione ed evoluzione di queste antiche strutture. Con età che possono raggiungere i 12-13 miliardi di anni, risalendo quindi all’alba del cosmo, gli ammassi globulari sono tra i primi sistemi che si sono formati nell’Universo. Questi rappresentano una popolazione tipica di tutte le galassie; sono sistemi compatti, con masse di diverse centinaia di migliaia di masse solari e dimensioni di pochi parsec, e possono essere osservati anche in galassie lontane. “Il loro significato astrofisico è enorme – ha spiegato Dalessandro – perché non solo ci aiutano a testare i modelli cosmologici della formazione dell’Universo a causa della loro età, ma forniscono anche laboratori naturali per studiare la formazione, l’evoluzione e l’arricchimento chimico delle galassie”. Nonostante gli ammassi globulari siano stati studiati per oltre un secolo, recenti risultati osservativi mostrano che la nostra conoscenza è ancora ampiamente incompleta. “I risultati ottenuti negli ultimi due decenni hanno inaspettatamente dimostrato che gli ammassi globulari sono costituiti da più di una popolazione stellare: una primordiale, con proprietà chimiche simili ad altre stelle della Galassia, e un’altra con abbondanze chimiche anomale di elementi leggeri come elio, ossigeno, sodio e azoto”, ha affermato Mario Cadelano , ricercatore presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Bologna e associato INAF, tra gli autori dello studio. “Nonostante il gran numero di osservazioni e modelli teorici volti a caratterizzare queste popolazioni, i meccanismi che regolano la loro formazione non sono ancora compresi”, ha proseguito Cadelano. Lo studio si basa sulla misurazione delle velocità 3D, ovvero la combinazione di moti propri e velocità radiali, ottenuta con il telescopio Gaia dell’ESA e con dati provenienti, tra gli altri, dal telescopio VLT dell’ESO, principalmente come parte della survey MIKiS, Multi Instrument Kinematic Survey, una survey spettroscopica specificamente mirata a esplorare la cinematica interna degli ammassi globulari. L’uso di questi telescopi, dallo spazio e da terra, ha fornito una vista 3D senza precedenti della distribuzione di velocità delle stelle negli ammassi globulari selezionati. L’analisi rivela che le stelle con diverse abbondanze di elementi leggeri sono caratterizzate da diverse proprietà cinematiche, come velocità di rotazione e distribuzioni orbitali. “In questo lavoro abbiamo analizzato in dettaglio il moto di migliaia di stelle all’interno di ogni ammasso”, ha aggiunto Alessandro Della Croce, dottorando all’INAF di Bologna. “È diventato subito chiaro che le stelle appartenenti a popolazioni diverse hanno proprietà cinematiche distinte: le stelle con composizione chimica anomala tendono a ruotare più velocemente delle altre all’interno dell’ammasso e a diffondersi progressivamente dalle regioni centrali a quelle esterne”, ha notato Della Croce. L’intensità di queste differenze cinematiche dipende dall’età dinamica degli ammassi globulari. “Questi risultati sono coerenti con l’evoluzione dinamica a lungo termine dei sistemi stellari, in cui le stelle con abbondanze chimiche anomale si formano più concentrate centralmente e ruotano più rapidamente di quelle standard”, ha dichiarato Dalessandro. “Ciò, a sua volta, suggerisce che gli ammassi globulari si sono formati attraverso molteplici episodi di formazione stellare e fornisce un’importante informazione nella definizione dei processi fisici e delle scale temporali alla base della formazione e dell’evoluzione di ammassi stellari massicci”, ha evidenziato Dalessandro. “Questa nuova vista 3D del moto delle stelle all’interno degli ammassi globulari fornisce un quadro senza precedenti e affascinante per la formazione e l’evoluzione dinamica di questi intriganti sistemi e aiuta anche a chiarire alcuni dei misteri più complessi che circondano l’origine di queste antiche strutture”, ha concluso Dalessandro.(30Science.com)