Rappresentazione artistica della Via Lattea vista dall'esterno. Credits: Stefan Payne-Wardenaar
La nostra galassia natale è speciale, o è uguale a tutte le altre? Questa domanda se la sono posti numerosi team di ricerca in tutto il mondo per decenni, almeno da quando, cent’anni fa, l’uomo a scoperto che di galassie ce n’erano miliardi. Uno studio recente, condotto da ricercatori del Max Planck Institute for Astronomy, rivela ora la risposta, o almeno parte di essa. Quando si tratta di composizione chimica, la Via Lattea è insolita, ma non è unica.
Studiare la Via Lattea non è facile. Le altre galassie le vediamo dall’esterno, le possiamo analizzare, ne riconosciamo la forma e lo spettro elettromagnetico. Per la nostra, invece, siamo costretti a guardare tutto in prospettiva. Nonostante ciò, negli ultimi dieci anni circa, ci sono stati enormi progressi negli studi sistematici della nostra galassia natale.
La Via Lattea è attualmente l’unica galassia a spirale in cui possiamo effettuare direttamente un’indagine su larga scala delle singole stelle. Ovvero, misurare le loro posizioni all’interno della nostra galassia e, tramite i loro spettri, il loro contenuto di metalli, la temperatura superficiale e altri dati fisici. Gli scienziati del MPIA hanno quindi deciso di risponere a una omanda un po’ particolare: in che modo un lontano astronomo alieno vedrebbe l’abbondanza di metalli variare a seconda della distanza dal centro della nostra galassia? In altre parole, di comprendere la composizione chimica della Via Lattea a partire dai dati di tutte le stelle (finora conosciute) che la compongono.
Il punto di partenza di questa ambiziosa ricostruzione sono stati i dati del sondaggio APOGEE, una delle più grandi indagini del nostro cielo mai effettuate. Successivamente è stato necessario tener conto del fatto che, dalla Terra, in alcune direzioni ci sarà più polvere tra noi e stelle più lontane, che attenua la luce stellare e nasconde parte delle stelle più deboli. In altre direzioni ci sarà invece molta meno polvere. Perciò, i dati osservativi dovevano essere combinati con ciò che sappiamo sulla polvere cosmica e sulle proprietà delle stelle, per ricostruire la reale distribuzione 3D degli astri.
I risultati ottenuti sono stati alquanto sorprendenti. Il contenuto di elementi metallici (più pesanti dell’elio) nelle stelle, ovvero la metallicità, aumenta dal centro della Galassia verso l’esterno. Raggiunge un valore simile a quello del nostro Sole a una distanza di circa 23mila anni luce dal centro. A una distanza ancora maggiore, il contenuto medio di metallo scende nuovamente, andando a circa un terzo del valore solare a circa 50mila anni luce dal centro.
Osservando separatamente stelle più giovani e più anziane, gli scienziati hanno scoperto che ogni gruppo di età diversa presenta una metallicità più alta vicino al centro galattico, più bassa man mano che ci si allontana. L’aumento e il massimo della distribuzione complessiva era dovuto al fatto che le stelle più vecchie (più povere di metalli) erano abbondanti vicino al centro galattico e quindi abbassavano la media complessiva, mentre le stelle più giovani erano più frequenti lontano dal centro.
Il team ha confrontato questo interessante risultato con le proprietà di altre galassie. Hanno considerato 321 galassie nell’indagine MaNGA, tutte con masse simili alla Via Lattea. Producono quantità simili di stelle e tutte visibili frontalmente, quindi è stato possibile misurare il cambiamento della metallicità media. Poi, i ricercatori hanno utilizzato gli stessi criteri per identificare 134 galassie simili alla nostra nell’universo modellato dalla simulazione TNG50.
I risultati rivelano che solo l’11% delle galassie nel campione TNG50 e circa l’1% delle galassie nel campione MaNGA hanno mostrato un simile andamento della metallicità. La discrepanza tra l’11% e l’1% è probabilmente dovuta a una combinazione di incertezze nei dati MaNGA e alla limitazione delle simulazioni realistiche nell’universo del modello TNG50. Inoltre, nelle regioni esterne, la diminuzione della metallicità media con l’aumentare della distanza dal centro è piuttosto drastica per la Via Lattea, rispetto alle galassie MaNGA e TNG50. Maria Bergemann del MPIA ha affermato:
Questa è la prima volta che possiamo confrontare in modo significativo il contenuto chimico dettagliato della nostra Galassia con le misurazioni di molte altre galassie. Studi futuri utilizzeranno i dati dei prossimi programmi di osservazione su larga scala mirati alla Via Lattea o a galassie lontane. La nostra ricerca mostra come combinare in modo sensato i due tipi di set.
Quindi, la Via Lattea ha effettivamente delle proprietà insolite. Questo lo potrebbero dedurre abbastanza facilmente anche astronomi extraterrestri con i nostri stessi dati galattici a disposizione, o almeno così pensano gli scienziati. Ma in realtà, esistono diversi modi per spiegare la relativa scarsità di stelle ricche di metalli vicino al centro galattico.
Questa caratteristica potrebbe essere correlata alla formazione del cosiddetto rigonfiamento, bulge in inglese, una regione approssimativamente sferica e costituita da stelle più antiche che circonda il centro galattico a una distanza di circa 5000 anni luce. La formazione del bulge avrebbe utilizzato la maggior parte dell’idrogeno gassoso disponibile, rendendo la successiva formazione stellare molto più difficile.
In alternativa, la scarsità potrebbe essere imoutabile a una fase attiva in cui il buco nero supermassiccio centrale della nostra galassia ha vomitato particelle e radiazioni dalle sue immediate vicinanze, inibendo la formazione stellare.
La metallicità nelle regioni esterne, invece, può essere spiegata da diversi scenari che combinano l’evoluzione del gas all’interno della Via Lattea con la storia della formazione stellare attraverso il suo disco. Quello che è certo è che sappiamo ancora molto poco, e che solo grazie a ricerche come questa potremo conoscere sempre meglio la galassia in cui viviamo.
