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Un diario di cose celesti

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R136a1, un vero mostro del cielo

22 Jul 2010 09:55 AM – Michele Diodati

Usando una combinazione di strumenti del Very Large Telescope (VLT) dell’ESO, un gruppo di astronomi ha identificato la stella più massiccia fino ad oggi scoperta, con un "peso" alla nascita di oltre 300 masse solari, il doppio del limite attualmente ritenuto possibile per la formazione di una stella. L’esistenza di simili mostri – milioni di volte più luminosi del Sole, con venti stellari potentissimi – può aiutare a rispondere a una semplice ma elusiva domanda: quanto può "pesare" al massimo una stella?

Immagine ad alta risoluzione nel vicino infrarosso dell’ammasso R136, ottenuta con lo strumento ad ottiche adattive MAD del VLT. La stella più brillante al centro dell’ammasso è la gigantesca R136a1, con una massa stimata in 265 masse solari e una luminosità quasi dieci milioni di volte maggiore di quella del Sole. Cortesia: ESO / P. Crowther / C.J. Evans

Immagine ad alta risoluzione nel vicino infrarosso dell’ammasso R136, ottenuta con lo strumento ad ottiche adattive MAD del VLT. La stella più brillante al centro dell’ammasso è la gigantesca R136a1, con una massa stimata in 265 masse solari e una luminosità quasi dieci milioni di volte maggiore di quella del Sole. Cortesia: ESO / P. Crowther / C.J. Evans

Rappresentazione artistica che mette a confronto le dimensioni di diversi tipi di stelle giovani: una nana rossa (circa 0,1 masse solari), una nana gialla come il Sole, una nana blu da 8 masse solari, infine la gigantesca R136a1, con le sue oltre 300 masse solari stimate alla nascita. Cortesia: ESO / M. Kornmesser

Rappresentazione artistica che mette a confronto le dimensioni di diversi tipi di stelle giovani: una nana rossa (circa 0,1 masse solari), una nana gialla come il Sole, una nana blu da 8 masse solari, infine la gigantesca R136a1, con le sue oltre 300 masse solari stimate alla nascita. Cortesia: ESO / M. Kornmesser

Un team di astronomi guidato da Paul Crowther, professore di astrofisica presso l’Università di Sheffield, ha utilizzato il Very Large Telescope dell’ESO e dati d’archivio del telescopio spaziale Hubble, per lo studio dettagliato di due giovani ammassi di stelle, NGC 3603 e RMC 136a. NGC 3603, a 22.000 anni luce di distanza dal Sole, è una fabbrica di stelle che lavora a ritmo frenetico, alimentata da estese nubi di gas e polveri. RMC 136a - più noto come R136 - è un ammasso di stelle giovani, massicce e caldissime, situato a 165.000 anni luce di distanza all’interno della nebulosa Tarantola, nella Grande Nube di Magellano, una delle galassie satelliti della Via Lattea. R136 è così affollato che, nello spazio che separa il Sole dalle stelle più vicine, contiene decine di migliaia di stelle. Alcune centinaia di esse sono così brillanti che gli abitanti di un ipotetico pianeta posto al centro dell'ammasso non saprebbero letteralmente cosa sia la notte.

Il gruppo di astronomi ha identificato parecchie stelle con temperature superficiali di oltre 40.000 gradi (oltre sette volte più calde del nostro Sole), decine di volte più grandi e diversi milioni di volte più luminose. Il confronto con i modelli implica che alcune di esse siano nate con masse superiori a 150 masse solari. La stella R136a1, che si trova nell’ammasso R136, è la stella più grande di sempre, con una massa attuale di circa 265 masse solari, che dovevano essere ben 320 volte all’epoca, peraltro recente, della sua formazione.

In NGC 3603, gli astronomi hanno potuto misurare direttamente le masse di due stelle appartenenti a un sistema binario, come controprova della validità dei modelli utilizzati. La stella A1 in NGC 3603 è infatti una stella doppia, con un periodo orbitale di 3,77 giorni. Le due stelle del sistema hanno rispettivamente 120 e 92 volte la massa del Sole, il che fa ritenere che al momento della loro formazione avesero rispettivamente 148 e 106 masse solari. In totale, è stato stimato che le stelle A1, B e C di NGC 3603 "pesassero" alla nascita 150 masse solari o più.

L'ammasso galattico NGC 3603 (il brillante "grumo" di stelle più o meno al centro dell'immagine) ospita alcune delle stelle più massicce e luminose finora note. Il campo ripreso copre 8.96 x 9.04 arcominuti. L'immagine è stata ottenuta con lo strumento FORS montato su uno dei telescopi da 8,2 m del VLT. Cortesia: ESO

L'ammasso galattico NGC 3603 (il brillante "grumo" di stelle più o meno al centro dell'immagine) ospita alcune delle stelle più massicce e luminose finora note. Il campo ripreso copre 8.96 x 9.04 arcominuti. L'immagine è stata ottenuta con lo strumento FORS montato su uno dei telescopi da 8,2 m del VLT. Cortesia: ESO

NGC 3603 in un'immagine di Hubble. Il riquadro mostra le stelle più massicce identificate all'interno dell'ammasso. Cortesia: Wolfgang Brandner, Eva K. Grebel, You-Hua Chu, NASA

NGC 3603 in un'immagine di Hubble. Il riquadro mostra le stelle più massicce identificate all'interno dell'ammasso. Cortesia: Wolfgang Brandner, Eva K. Grebel, You-Hua Chu, NASA

Una regione di 21 arcosecondi di lato, pari a 0,71 parsec, centrata su NGC 3603. In verde, le fonti di raggi X osservate da Chandra, in rosso gli oggetti ripresi da Hubble, in giallo le fonti sovrapposte. Cortesia: A. F. J. Moffat et al. 2002 ApJ 573 191 doi:10.1086/340491

Una regione di 21 arcosecondi di lato, pari a 0,71 parsec, centrata su NGC 3603. In verde, le fonti di raggi X osservate da Chandra, in rosso gli oggetti ripresi da Hubble, in giallo le fonti sovrapposte. Cortesia: A. F. J. Moffat et al. 2002 ApJ 573 191 doi:10.1086/340491

Stelle molto massicce producono venti stellari altrettanto potenti. Spiega Paul Crowther:

A differenza degli esseri umani, queste stelle sono nate pesanti e invecchiando perdono peso. Con un’età di poco più di un milione di anni, la stella più estrema, R136a1, è una stella di mezza età e ha già subito un intenso programma di dimagrimento, perdendo nel tempo un quinto della sua massa iniziale, più di cinquanta masse solari.

Se R136a1 si trovasse al posto del Sole, questo apparirebbe fioco quanto la luna piena rispetto allo splendore diurno del Sole. «La sua massa elevata ridurrebbe la durata dell’anno terrestre a tre settimane e inonderebbe la Terra di intensissime radiazioni ultraviolette, rendendo impossibile la vita sul nostro pianeta», spiega Raphael Hirschi della Keele University, uno dei membri del team.

Simili stelle super pesanti sono estremamente rare e si formano esclusivamente all’interno degli ammassi stellari più densi. Distinguere le singole stelle – un risultato raggiunto per la prima volta – è stato possibile grazie allo straordinario potere risolutivo degli strumenti a infrarossi SINFONI, ISAAC e MAD del VLT.

Il team ha anche stimato la massima massa possibile per le stelle all’interno degli ammassi esaminati e il numero relativo di quelle più massicce. Secondo Olivier Schnurr, dell’Istituto di Astrofisica di Potsdam,

Le stelle più piccole hanno come limite inferiore una massa pari a più di 80 volte quella di Giove; sotto tale misura sono “stelle fallite” o nane brune. Le nostre nuove scoperte supportano l’idea che esista anche un limite superiore alla grandezza possibile di una stella, ma elevano questo limite di un fattore due, a circa 300 volte la massa del Sole.

All’interno di R136, solo quattro stelle pesavano alla nascita più di 150 masse solari, ma ad esse si deve quasi la metà del vento stellare e della radiazione ultravioletta dell’intero ammasso, che in totale comprende circa 100.000 stelle. R136a1 da sola irradia energia con una potenza cinquanta volte maggiore dell’ammasso al centro della Nebulosa di Orione, la regione di formazione di stelle massicce più vicina alla Terra.

Capire come possano formarsi stelle di così grande massa è piuttosto complicato, a causa della loro vita molto breve e dei potenti venti che disperdono rapidamente buona parte della massa iniziale; la scoperta di casi estremi come R136a1 rende la questione ancora più difficile per chi deve sviluppare modelli teorici. «O sono nate così grandi oppure sono il prodotto di fusioni tra stelle più piccole», propone Crowther.

Stelle con masse comprese tra 8 e 150 masse solari esplodono alla fine delle loro brevi vite come supernovae, lasciando esotici resti quali stelle di neutroni o buchi neri. Ma con la scoperta, ormai provata, di stelle di peso compreso tra 150 e 300 masse solari, gli astronomi sollevano la possibilità che esistano delle supernovae da "instabilità di coppia”, eccezionalmente brillanti, che esplodono distruggendosi completamente, senza lasciare alcun resto e disperdendo fino a dieci masse solari di ferro nello spazio circostante. In anni recenti sono state già proposte alcune candidate per esplosioni di questo tipo.

R136a1 non è solo la stella più massiccia mai scoperta, ma è anche di gran lunga la più brillante, con una luminosità calcolata in quasi 10 milioni di volte quella del Sole. «A causa della rarità di simili mostri, penso che questo nuovo record durerà a lungo», conclude Crowther.

La scoperta è stata descritta in un articolo pubblicato su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Montaggio che mostra per ingrandimenti successivi la posizione dell'ammasso R136. L'immagine a sinistra è una vista della Nebulosa Tarantola nella Grande Nube di Magellano ottenuta con il telescopio MPG/ESO da 2,2 m. L'immagine al centro, ottenuta con uno dei telescopi VLT nella gamma della luce visibile, è uno zoom sull'area che contiene R136. L'immagine a destra, ottenuta con le ottiche adattive dello strumento MAD del VLT nel vicino infrarosso, è una vista dettagliata che mostra in primo piano, in basso a destra, l'ammasso R136. Cortesia: ESO /P. Crowther / C.J. Evans

Montaggio che mostra per ingrandimenti successivi la posizione dell'ammasso R136. L'immagine a sinistra è una vista della Nebulosa Tarantola nella Grande Nube di Magellano ottenuta con il telescopio MPG/ESO da 2,2 m. L'immagine al centro, ottenuta con uno dei telescopi VLT nella gamma della luce visibile, è uno zoom sull'area che contiene R136. L'immagine a destra, ottenuta con le ottiche adattive dello strumento MAD del VLT nel vicino infrarosso, è una vista dettagliata che mostra in primo piano, in basso a destra, l'ammasso R136. Cortesia: ESO /P. Crowther / C.J. Evans

Il montaggio dell'immagine precedente mostrato in forma di slide-show
Il montaggio dell'immagine precedente mostrato in forma di slide-show
Il montaggio dell'immagine precedente mostrato in forma di slide-show

Il montaggio dell'immagine precedente mostrato in forma di slide-show

L’ammasso R136, ripreso nel vicino infrarosso con lo strumento MAD del Very Large Telescope. Il riquadro più grande copre una superficie di 12 x 12 arcosecondi, che, alla distanza di 49 kpc, corrisponde a un quadrato di 3 x 3 parsec (poco meno di 10 x 10 anni luce). Il riquadro più piccolo, in cui sono visibili e annotate le stelle più massicce dell’ammasso, tra cui la gigantesca R136a1, copre una superficie di 1 x 1 parsec (3,261 anni luce). Cortesia: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 408, 2, pag. 731–751

L’ammasso R136, ripreso nel vicino infrarosso con lo strumento MAD del Very Large Telescope. Il riquadro più grande copre una superficie di 12 x 12 arcosecondi, che, alla distanza di 49 kpc, corrisponde a un quadrato di 3 x 3 parsec (poco meno di 10 x 10 anni luce). Il riquadro più piccolo, in cui sono visibili e annotate le stelle più massicce dell’ammasso, tra cui la gigantesca R136a1, copre una superficie di 1 x 1 parsec (3,261 anni luce). Cortesia: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 408, 2, pag. 731–751

Riferimenti

Tag: R136, R136a1, NGC 3603, stelle supermassicce, VLT, Grande Nube di Magellano, nebulosa tarantola, ammassi aperti, superammassi, articoli

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