Stelle dell’antico ammasso trovato nella Via Lattea

Si pensa che le galassie come la Via Lattea siano state costruite attraverso una serie di fusioni, attirando galassie e gruppi di stelle più piccoli e facendo proprie queste stelle straniere. In alcuni casi, le fusioni sono state abbastanza recenti da poter ancora rilevare il corpo precedentemente indipendente come un gruppo di stelle che orbitano insieme intorno alla Via Lattea. Ma, nel tempo, le interazioni con il resto delle stelle della Via Lattea distruggeranno lentamente tutte le strutture che ospitano l’ammasso.

Quindi è sorprendente che i ricercatori abbiano trovato quelli che sembrano essere i resti di un ammasso globulare di alcune delle stelle più antiche in circolazione. La scoperta è coerente con il modello della “crescita attraverso la fusione” della costruzione delle galassie, ma solleva interrogativi su come la massa rimarrà intatta finché lo farà.

Estrazione dati Gaia

I risultati sono iniziati con un’analisi dei dati dell’Agenzia spaziale europea Missione Gaia, che mira a realizzare almeno una mappa della Via Lattea in tre dimensioni. Gaia ha fotografato quasi un miliardo di oggetti decine di volte, il che è sufficiente per stimare la loro posizione e il loro movimento attorno al nucleo della Via Lattea. Questa mappa ha aiutato gli scienziati a identificare le strutture all’interno della nostra galassia in base al fatto che ci sono alcuni ammassi stellari che non solo sono fisicamente vicini l’uno all’altro, ma si muovono tutti nella stessa direzione.

Il data mining di Gaia per questi tipi di strutture è così utile che esiste un algoritmo software chiamato STREAMFINDER che le definisce. Questo programma ha portato alla scoperta del flusso stellare C-19, un gruppo di stelle che si muovono insieme attraverso l’alone della Via Lattea.

Un modo per verificare se questi gruppi di stelle hanno davvero iniziato come parte di un singolo gruppo è controllare la loro età. Gli ammassi sono spesso costituiti da stelle di età simili. Un modo per scoprire se le stelle si stanno formando contemporaneamente è controllare il contenuto di elementi più pesanti. C’erano pochi elementi più pesanti dell’elio durante il Big Bang, quindi la maggior parte degli elementi più pesanti esistenti ora provenivano da stelle precedenti. Più tardi nella storia dell’universo si è formata la stella, più è probabile che la stella contenga questi elementi più pesanti.

(Gli astronomi chiamano metallo qualsiasi elemento più pesante dell’elio e si riferiscono al contenuto di elementi pesanti della stella come un metallo. Ma è probabile che questo confonda la maggior parte dei non astronomi, quindi lo eviteremo.)

Quindi, gli astronomi dietro il nuovo lavoro hanno misurato i livelli di elementi pesanti nelle stelle che si pensava appartenessero al flusso C-19. Con l’eccezione di un arto, erano tutti esattamente uguali, indicando che il flusso è in realtà il residuo dirompente di un gruppo. Ma i risultati contenevano anche una sorpresa: una quantità notevolmente bassa di elementi pesanti.

Storia antica

Il modo tipico per registrare gli elementi pesanti è attraverso il rapporto tra ferro (che si forma solo tardi nella vita di una stella massiccia) e idrogeno. L’idrogeno è sempre stato l’elemento più abbondante nell’universo, mentre i livelli di ferro si sono lentamente accumulati nel tempo. Quindi più alto è il rapporto ferro/idrogeno, più recentemente si è formata la stella.

Nel caso del flusso C-19, il rapporto era molto basso. Così basso che le stelle C-19 si sono formate 3 miliardi di anni fa dopo il Big Bang, o quando l’universo aveva solo un quarto della sua età attuale. È possibile che si siano formati un po’ prima.

All’interno della Via Lattea sono state identificate alcune centinaia di stelle con livelli altrettanto bassi di elementi pesanti. Ma nessun ammasso è mai stato visto in cui ogni stella sia a un livello così basso. In effetti, prima di questa scoperta, si pensava che gli ammassi nella Via Lattea contenessero elementi pesanti della Terra, tutti con livelli superiori a quelli visti nel flusso C-19. Ciò era vero nonostante il fatto che, in base alla distribuzione dei gruppi noti, ci saremmo aspettati circa cinque livelli con elementi pesanti simili a quelli del flusso C-19.

La mancanza di altri ammassi suggerisce che la maggior parte dei primi ammassi come questo flusso erano già così distrutti da essere sbiaditi sullo sfondo delle stelle della Via Lattea. Il che solleva la domanda sul perché non esiste un flusso C-19. Ciò è particolarmente inaspettato poiché l’orbita della corrente attorno al nucleo galattico lo porta in profondità nella Via Lattea, dandogli molte opportunità di impegnarsi in interazioni con altre caratteristiche che dovrebbero disabilitarlo.

Una possibilità che potrebbe spiegare questo è che l’ammasso sia originariamente entrato nella Via Lattea come parte di una galassia nana che è stata inghiottita. La struttura della galassia nana potrebbe fornire un grado di protezione fino a quando non si schianta e le sue stelle sono sparse nella Via Lattea. E se fosse vero, la massa che ha dato origine al flusso C-19 conteneva una grande porzione delle stelle nella galassia nana in quel momento.

Non importa come lo spieghiamo, la presenza del flusso C-19 ci dice cose sulla storia dell’universo. I ricercatori hanno concluso: “La presenza di C-19 di per sé dimostra che gli ammassi globulari dovrebbero essere in grado di formarsi in ambienti a basso contenuto minerale dove le prime strutture galattiche dovevano aggregarsi”.

Natura, 2022. DOI: 10.1038/s41586-021-04162-2 (Informazioni sui DOI).