Ritorno al passato: la morte delle stelle rivela la loro nascita

Un nuovo articolo pubblicato su Universe descrive un approccio che guarda indietro dalla morte delle stelle alla loro nascita, permettendo di derivare la cosiddetta funzione di massa iniziale (IMF), cioè il modo in cui le masse stellari sono distribuite dopo la loro formazione, attraverso l’osservazione delle supernove e della radiazione gamma. Applicando un metodo computazionale comune di stima dei parametri, gli scienziati sono riusciti a derivare l’IMF di regioni del cosmo troppo distanti per essere osservate direttamente tramite telescopi. Lo studio è stato condotto da un team di ricercatori della Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) di Trieste, dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), dell’Istituto di Fisica Fondamentale dell’Universo (IFPU) e dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF). L’IMF ottenuto dagli autori dello studio è risultato sorprendentemente simile a quello misurato nelle regioni più vicine a noi dell’Universo. Gli scienziati considerano ciò come una possibile prova di un IMF universale. Il risultato sarà ora testato mediante le osservazioni fatte da telescopi come il JWST e Euclid.

L’IMF è una costante universale? Forse

“Tutte le popolazioni stellari osservate nel nostro vicinato sembrano mostrare una funzione di massa iniziale (IMF) sorprendentemente simile. Ciò potrebbe indicare che l’IMF è una costante universale della formazione stellare in qualsiasi regione dell’Universo. Sfortunatamente, le limitazioni strumentali impediscono agli scienziati di esaminare le popolazioni stellari oltre l’Universo locale per testare l’universalità dell’IMF“, spiega Francesco Gabrielli, ricercatore e autore dello studio, insieme ad Andrea Lapi e Mario Spera.

La formazione stellare è uno dei processi più affascinanti dell’Universo, che avviene nelle dense regioni interne delle galassie attraverso il collasso e la frammentazione delle nubi di gas molecolare. Quando una massa di gas diventa abbastanza calda e densa, inizia a bruciare idrogeno e a brillare: è in quel momento che nasce una stella.

Supernove e lampi di raggi gamma usati per calcolare l’IMF

La nuova ricerca è partita da una visione retrospettiva e, più precisamente, dalla consapevolezza che il corso della vita di una stella dipende dalla sua massa. Le stelle massicce terminano la loro vita con spettacolari esplosioni chiamate supernove. Si ritiene che alcune supernove espellano un getto ad alta velocità di materiale che emette raggi gamma in un cosiddetto “lampo di raggi gamma“. Poiché l’occorrenza di un particolare tipo di esplosione dipende dalla massa della stella, il numero di tali esplosioni che si verificano nell’Universo dipenderà dal numero di stelle che si formano con la massa giusta – in altre parole, dall’IMF.

Francesco Gabrielli spiega: “Il mio gruppo e io abbiamo sviluppato un nuovo metodo, basato su queste considerazioni, per determinare l’IMF oltre l’Universo locale. In particolare, abbiamo utilizzato un metodo computazionale che in realtà è piuttosto comune, ma che ora è stato utilizzato per la prima volta per riprodurre il numero di supernove e lampi di raggi gamma osservati nell’Universo. Poiché queste quantità dipendono strettamente dall’IMF, questo ci ha permesso di determinare con precisione la forma dell’IMF che meglio rappresenta le osservazioni“.

Verifica tramite osservazione

Utilizzando per la prima volta questo approccio, i ricercatori sono riusciti a sviluppare una nuova metodologia per determinare l’IMF. Una scoperta particolarmente affascinante è stata che l’IMF calcolato per l’Universo lontano era sorprendentemente simile a quello misurato nell’Universo locale, fornendo una possibile prova di un IMF universale. Gabrielli conclude: “Questo è un momento entusiasmante per gli astrofisici, con molti nuovi telescopi come il JWST e Euclid che iniziano ora a fare osservazioni. Di conseguenza, si prevede un numero eccezionale di osservazioni di supernove e lampi di raggi gamma nei prossimi anni. Sarà entusiasmante vedere cosa questa nuova ricchezza di dati ci potrà dire sull’IMF e sulla sua universalità. Una comprensione più profonda dell’IMF porterebbe a importanti progressi in vari settori dell’astrofisica, inclusi la formazione e l’evoluzione delle stelle, l’arricchimento chimico dell’Universo e l’osservazione delle onde gravitazionali emesse dalla collisione di buchi neri“.