Sapere Scienza

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Come calcolare l’età dinamica degli ammassi stellari della Grande Nube di Magellano

12 Settembre 2019

Quante volte abbiamo osservato una discordanza tra età anagrafica e aspetto di amici o conoscenti. Una persona può essere più anziana e avere meno rughe di quanto ci si possa attendere oppure può essere più giovane e avere i capelli brizzolati e quindi sembrare più in là con gli anni. Vi stupirete nello scoprire che la stessa cosa accade per gli ammassi stellari della Grande Nube di Magellano. Gli scienziati, grazie alle immagini raccolte dal Telescopio Spaziale Hubble sono riusciti a venire a capo della differenza tra due tipi di età di questi aggregati di stelle.

 

Gli ammassi stellari della Grande Nube di Magellano

 

La Grande Nube di Magellano è una galassia nana, satellite della nostra Via Lattea, e dista da noi 160.000 anni luce. Ospita 30 miliardi di stelle - la nostra, invece, ne può contare oltre 200 miliardi - e ammassi stellari con differenti età, al contrario della Via Lattea in cui gli ammassi globulari sono tutti molto vecchi e hanno circa 12 miliardi di anni.
Gli ammassi globulari sono aggregati di stelle, ne ospitano milioni, e il loro aspetto è frutto non solo del trascorrere del tempo ma anche della loro evoluzione dinamica. Questi oggetti celesti, quindi, hanno un'età cronologica e un'età dinamica. Di cosa si tratta?

 

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Qual è la differenza tra età cronologica ed età dinamica?
 

Gli ammassi globulari sono sistemi attivi: la loro struttura si modifica con il trascorrere del tempo, a causa delle mutue interazioni gravitazionali tra le stelle. Questa viene chiamata evoluzione dinamica. Queste interazioni fanno sì che le stelle più massicce si spostino progressivamente verso le regioni centrali dell'ammasso mentre, quelle più leggere possono anche arrivare a sfuggire dal sistema stesso. Il nucleo, la regione più interna, in questo modo comincia a contrarsi e la sua densità inizierà a crescere virtualmente verso valori infiniti (il cosiddetto "collasso del nucleo").
Ne consegue che ammassi nati con strutture differenti sviluppano progressivamente nuclei sempre più compatti a causa della loro evoluzione dinamica interna. Il tempo cronologico di tali cambiamenti dipende in maniera complessa dalle condizioni iniziali e ambientali, differenti tra i vari ammassi. Per questo motivo accade che sistemi stellari con la stessa età cronologica abbiano strutture molti differenti a causa della loro differente età dinamica. È la stessa cosa che succede a noi esseri umani: differenti vicissitudini fisiche e psicologiche ci portano ad avere un aspetto che non corrisponde perfettamente alla nostra età anagrafica, che non fornisce dall'esterno il perfetto riflesso del solo trascorrere degli anni.

 

Come si stima l'età dinamica di un sistema stellare?

 

Per calcolare l'età dinamica dei sistemi stellari i ricercatori hanno trovato quello che è definito un "orologio dinamico", un evento che dia la misura dell'evoluzione dinamica degli ammassi globulari. In questo caso è la migrazione di una particolare classe di stelle pesanti, le vagabonde blu (BSS - Blue Straggler Stars), all'interno degli ammassi stessi.
Sembra che le vagabonde blu siano generate da collisioni di stelle singole o siano il prodotto della fusione di un sistema binario: processi che danno origine a una singola stella con una massa più grande, rendendola più calda e luminosa delle altre stelle di età simile. L'invecchiamento dinamico porta le stelle più pesanti, quindi le BSS, a sprofondare verso il centro dell'ammasso. Le vagabonde blu così si sedimentano nell'interno del sistema dando origine a un processo chiamato "segregazione centrale". Il livello di sedimentazione centrale delle vagabonde blu è la misura dell'età dinamica dell'ammasso ospite.
Come fare a stimare l'età dinamica considerando questo fenomeno? Le BSS sono molto brillanti e quindi facilmente osservabili. Ciò ha permesso al team di scienziati guidati da Francesco Ferraro dell'Università di Bologna, grazie alle immagini del Telescopio Spaziale Hubble, di studiare le distribuzioni di queste stelle in cinque ammassi della Grande Nube, per usarle come indicatori del processo di invecchiamento dinamico.
I risultati sono stati pubblicati su Nature Astronomy. Ferraro ha spiegato: "Abbiamo dimostrato che le diverse dimensioni dei nuclei degli ammassi stellari sono dovute a diversi livelli di invecchiamento dinamico: gli ammassi con nucleo più compatto sono dinamicamente più vecchi degli altri, nonostante siano tutti nati nello stesso tempo cosmico. È la prima volta che l'effetto dell'invecchiamento dinamico viene misurato nei cluster della Grande Nube di Magellano". Emanuele Dalessandro, ricercatore INAF-Istituto Nazionale di AstroFisica a Bologna, parte del gruppo di ricerca ha sottolineato: "Abbiamo affrontato questo studio da un punto di vista completamente diverso rispetto al passato e questa è stata la chiave per poter far luce su importanti proprietà degli ammassi stellari nella Grande Nube di Magellano. Questi risultati pongono nuove e interessanti domande su come gli ammassi stellari si formano e quanto il loro destino sia legato alla galassia che li ospita". Barbara Lanzoni, dell'Università di Bologna e associata INAF, co-autrice dello studio, ha infine aggiunto: "Questa scoperta fornisce una nuova lettura delle proprietà osservate degli ammassi nella Grande Nube di Magellano e apre nuove prospettive per la nostra comprensione della storia di formazione stellare in questa galassia".

 

Ritornate nella nostra galassia e più precisamente nel nostro Sistema Solare, acquistando e leggendo l'articolo di Ettore Perozzi, "Fotoracconto dello spazio", pubblicato nel numero di agosto 2017 di Sapere.

 

Immagine di copertina: ammassi stellari nella Grande Nube di Magellano. Credits: ESA/Hubble & NASA

copertina   settembre-ottobre 2019

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