Un team internazionale di astronomi ha utilizzato il telescopio spaziale James Webb di NASA/ESA/CSA per osservare la galassia Messier 82 (M82). Situata a 12 milioni di anni luce di distanza nella costellazione dell’Orsa Maggiore, questa galassia 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 diretto lo strumento NIRCam (Near-Infrared Camera) di Webb verso il centro della galassia, ottenendo uno sguardo più da vicino sulle condizioni fisiche che favoriscono la formazione di nuove stelle.
“M82 ha attirato una serie di osservazioni nel corso degli anni perché può essere considerata il prototipo della galassia starburst”, ha affermato Alberto Bolatto, autore principale dello studio. “Sia il telescopio spaziale Spitzer che Hubble hanno osservato questo obiettivo. Con le dimensioni e la risoluzione di Webb, possiamo osservare questa galassia in formazione stellare e vedere tutti questi bellissimi nuovi dettagli”.
La formazione stellare continua a mantenere un senso di mistero perché è avvolta da cortine di polvere e gas, creando un ostacolo all’osservazione di questo processo. Fortunatamente, la capacità di Webb di scrutare nell’infrarosso è una risorsa per navigare in queste condizioni oscure. Inoltre, queste immagini NIRCam del centro stesso della formazione stellare sono state ottenute utilizzando una modalità strumentale che impediva alla sorgente molto luminosa di sopraffare il rilevatore.
Mentre tentacoli di polvere marrone scuro sono intrecciati nel nucleo bianco brillante di M82 anche in questa visione a infrarossi, la NIRCam di Webb ha rivelato un livello di dettaglio che storicamente è stato oscurato. Guardando più da vicino verso il centro, piccoli puntini raffigurati in verde denotano aree concentrate di ferro, la maggior parte delle quali sono resti di supernova. Piccole macchie che appaiono rosse indicano 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, dell’Università dell’Arizona a Tucson e seconda autrice dello studio. “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 acquisire un conteggio accurato di tutti gli ammassi stellari di questa galassia”.
Il vento galattico
Osservando M82 nelle lunghezze d’onda dell’infrarosso leggermente più lunghe, si possono vedere tentacoli grumosi rappresentati in rosso che si estendono sopra e sotto il piano della galassia. Queste stelle filanti gassose sono un vento galattico che fuoriesce dal nucleo della formazione stellare.
Un’area di interesse per questo gruppo di ricerca era capire come questo vento galattico, causato dal rapido tasso di formazione stellare e dalle conseguenti supernove, viene lanciato e influenza l’ambiente circostante. Risolvendo una sezione 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 di Webb era particolarmente adatto a tracciare la struttura del vento galattico attraverso l’emissione di 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 di Webb dell’emissione di IPA evidenzia la struttura fine del vento galattico, un aspetto precedentemente sconosciuto. Raffigurata 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 inaspettato 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 forte, quindi forse vengono continuamente ricostituiti. Ciò sfida le nostre teorie e ci mostra che sono necessarie ulteriori indagini”.
Ulteriori studi
Le osservazioni di Webb di M82 nella luce del vicino infrarosso sollevano anche ulteriori domande sulla formazione stellare, ad alcune delle quali il team spera di rispondere con ulteriori dati raccolti con Webb, inclusa quelli di un’altra galassia starburst. Altri due studi di questo team che caratterizzano gli ammassi stellari e le correlazioni tra le componenti del vento di M82 sono quasi ultimati.
Nel prossimo futuro, il team avrà osservazioni spettroscopiche di M82 da Webb 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 duri ciascuna fase di formazione stellare in un ambiente di 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 di Webb e i nostri prossimi spettri, possiamo studiare come esattamente 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, coautore dello studio. “Una comprensione dettagliata di questo ciclo di “feedback” è importante per le teorie su come si è evoluto l’Universo primordiale”.
Questi risultati sono stati accettati per la pubblicazione su The Astrophysical Journal.
