Memoria dello Spazio

Al centro della Nebulosa Tarantola, la più grande regione di formazione stellare della Grande Nube di Magellano (e dell'intero Gruppo Locale di galassie), c'è un ammasso stellare, le cui insolite caratteristiche sembrano in aperta contraddizione con la regola alla quale tutte le altre stelle note, in qualsiasi altra parte dell'universo osservabile, sembrano conformarsi. L'ammasso è RMC 136, o più sinteticamente R136, e la regola è quella che limita a non più di 150 masse solari la massa che una stella può raggiungere alla nascita nell'universo contemporaneo. Al centro di R136 sono state invece scoperte quattro superstelle, con masse iniziali comprese tra 165 e 320 masse solari. Come si sono formati simili giganti?

A questa domanda hanno cercato di trovare risposta tre astronomi dell'Università di Bonn, Sambaran Banerjee, Pavel Kroupa e Seungkyung Oh, che hanno condotto una ricerca i cui risultati sono in via di pubblicazione su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. I tre hanno realizzato una complessa simulazione, secondo un modello detto a N-corpi, nel corso della quale hanno fatto evolvere nel tempo 170.000 stelle dell'ammasso R136, ricreate virtualmente con tutte le caratteristiche note, dopo aver impostato alcune assunzioni generali di partenza: in particolare, che nessuna stella superasse alla nascita il limite canonico delle 150 masse solari e che vi fossero una serie di binarie massicce con orbite inizialmente circolari.

La simulazione, probabilmente la più complessa di questo tipo mai realizzata, ha richiesto un lavoro intensivo dei computer, peraltro delle normali workstation, che si è avvalso delle straordinarie capacità di calcolo delle schede grafiche di ultima generazione, dotate di accelerazione hardware: occorreva infatti risolvere in modo iterativo circa 510.000 equazioni, capaci di tener conto, per ciascuna singola stella dell'ammasso simulato, non solo delle interazioni gravitazionali con le vicine, ma anche della perdita di massa causata dalla forza di radiazione e dal vento stellare.

Il risultato finale di questo esperimento è stato che in tutti i modelli di simulazione eseguiti si sono formate a un certo punto delle stelle "super-canoniche", cioè maggiori di 150 masse solari, come risultato della collisione tra binarie massicce. Le orbite inizialmente circolari delle stelle binarie che poi si sono fuse finivano per essere deformate dall'attrazione di altre stelle di passaggio, fino al punto di arrivare a collidere con la compagna. Si sono formate in questo modo stelle virtuali che hanno raggiunto, in almeno un caso, quasi 250 masse solari, il che è in buon accordo con i risultati osservativi (la massa attuale di R136a1, la stella più massiccia di R136, è stimata in 265 masse solari).

Secondo gli autori dello studio, la simulazione ha dimostrato che il limite delle 150 masse solari resta valido e che è del tutto possibile, anche se non abbiamo prove osservative dirette, che le stelle "super-canoniche" di R136 siano il risultato della fusione, avvenuta in un'epoca successiva alla loro formazione, di binarie massicce, ma comunque nate con masse inferiori o uguali al limite canonico.

A sostegno della loro tesi, Banerjee, Kroupa e Oh portano il seguente ragionamento: se le quattro stelle super-canoniche di R136 fossero nate direttamente, alla formazione dell'ammasso, avvenuta secondo le stime circa 3 milioni di anni fa, con le loro masse eccezionali, in violazione del limite canonico, oggi avrebbero una massa molto minore di quella che invece osserviamo. Non le vedremmo, cioè, come stelle super-canoniche, ma come stelle, certo molto massicce, ma entro i limiti delle 150 masse solari. Più una stella è massiccia, infatti, più disperde rapidamente la sua massa iniziale, a causa del furioso vento stellare che la sua enorme pressione di radiazione produce. Il fatto, dunque, che oggi possiamo osservare, per esempio, R136a1 come una super-stella da 265 masse solari implica che si è formata molto dopo la nascita dell'ammasso a cui appartiene. Ciò è in ottimo accordo con le simulazioni eseguite dai tre autori della ricerca. Come si può vedere dalla tabella riportata di seguito, ci vuole in media oltre un milione di anni perché l'interazione gravitazionale tra le stelle dell'ammasso produca una collisione tra binarie massicce, tale da portare alla formazione di una stella super-canonica.

Riferimenti