Il telescopio spaziale James Webb della NASA/ESA/CSA ha messo gli occhi sulla galassia starburst Messier 82 (M82), piccola ma dinamica, caratterizzata in particolare da una rapida formazione stellare. Grazie ai sensibili occhi infrarossi di Webb, un team di scienziati sta scrutando in profondità nel nucleo della galassia, acquisendo una migliore comprensione di come si formano le stelle e di come questa attività parossistica stia influenzando la galassia nel suo complesso.
Una tipica galassia starburst
Situata a 12 milioni di anni luce da noi nella costellazione dell’Orsa Maggiore, la galassia M82 è di dimensioni relativamente compatte ma 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 puntato lo strumento NIRCam (Near-Infrared Camera) del Webb verso il centro della galassia starburst, ottenendo uno sguardo ravvicinato delle condizioni fisiche che favoriscono la formazione di nuove stelle.
“M82 può essere considerata il prototipo della galassia starburst“, ha affermato Alberto Bolatto, autore principale dello studio. “Sia Hubble che il telescopio spaziale Spitzer l’hanno osservata in passato. Con le dimensioni e la risoluzione di Webb, possiamo adesso osservare questa galassia dove la formazione stellare è molto intensa e vedere molti bellissimi nuovi dettagli”.
Un dettaglio mai visto prima
La formazione stellare continua a mantenere un certo senso di mistero perché avviene avvolta da cortine di polvere e gas, creando un ostacolo all’osservazione ottica di questo processo. Fortunatamente, la capacità del telescopio Webb di scrutare nell’infrarosso è una risorsa per navigare in queste regioni oscure e raggiungere un livello di dettaglio che storicamente non è mai stato alla portata degli scienziati. Nelle immagini ricavate dal telescopio spaziale, guardando più da vicino verso il centro, piccoli granelli raffigurati in verde denotano aree dove è elevata la concentrazione di ferro, la maggior parte delle quali sono resti di supernova. Piccole macchie che appaiono rosse indicano invece regioni in cui l’idrogeno molecolare viene illuminato dalla radiazione di una giovane stella vicina.
“Questa immagine mostra il potere di Webb“, ha affermato Rebecca Levy, seconda autrice dello studio, che lavora presso l’Università dell’Arizona a Tucson. “Ogni singolo punto bianco in questa immagine è una stella o un ammasso stellare. Possiamo iniziare a distinguere tutte queste minuscole sorgenti puntiformi, il che ci consente di effettuare un conteggio accurato, prima impossibile, di tutti gli ammassi stellari di questa galassia”.
Osservando M82 nelle lunghezze d’onda dell’infrarosso leggermente più lunghe, si possono vedere delle specie di “viticci grumosi” rappresentati in rosso che si estendono sopra e sotto il piano galattico. Queste stelle filanti gassose sono un vento galattico che fuoriesce dal nucleo della galassia starburst.
L’influenza del vento galattico
Per i ricercatori era importante capire come questo vento galattico, causato dal rapido tasso di formazione stellare e dalle supernove che esplodono impetuosamente, influenza l’ambiente circostante. Osservando ad alta risoluzione la regione 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.
Lo strumento NIRCam del Webb è particolarmente adatto a tracciare la struttura del vento galattico attraverso l’emissione di particolari 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 del Webb dell’emissione degli IPA evidenzia la struttura fine del vento galattico, un aspetto precedentemente sconosciuto. Raffigurata nell’immagine come filamenti rossi, l’emissione 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 sorprendente 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 intenso, quindi forse vengono continuamente reintegrati. Questa osservazione sfida le nostre teorie e mette in evidenza che sono necessarie ulteriori indagini”.
Risposte che suscitano altre domande
Le osservazioni del telescopio Webb di M82 nel vicino infrarosso sollevano anche ulteriori domande sulla formazione stellare, ad alcune delle quali il team spera di rispondere con ulteriori dati raccolti dal Webb, inclusi quelli di altre galassie starburst.
Nel prossimo futuro, il team avrà a disposizione osservazioni spettroscopiche di M82 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 particolare come quello tipico delle galassie starburst. Su scala più ampia, l’ispezione dell’attività in galassie come M82 può approfondire la comprensione degli astronomi dell’Universo primordiale.
“Con queste incredibili immagini raccolte dal Webb e i nostri prossimi spettri, possiamo studiare precisamente come i forti venti e i fronti d’urto delle giovani stelle e delle supernovae possano rimuovere proprio il gas e la polvere da cui si stanno formando nuove stelle”, ha affermato Torsten Böker dell’Agenzia spaziale europea (Esa) coautore dello studio. “Una comprensione dettagliata di questo ciclo di “feedback” è importante per le teorie su come si è evoluto l’Universo primordiale, perché starburst compatti come quello di M82 erano molto comuni ad alti spostamenti verso il rosso e quindi in epoche lontane dalla nostra”.
I risultati di questa ricerca sono stati accettati per la pubblicazione su The Astrophysical Journal.