Una rappresentazone artistica della nostra Galassia. Crediti: ESA – C. Carreau.
Una survey compiuta con Herschel Space Observatory dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) ha rivelato che il serbatoio di gas molecolare nella nostra Galassia e’ enormemente sottostimato, almeno di un terzo, quando viene tracciato con metodi tradizionali. Monitorando l’emissione dal carbonio ionizzato, il nuovo studio ha permesso di identificare il gas molecolare nello stadio evolutivo intermedio tra il gas atomico diffuso e le nubi molecolari piu’ dense di formazione stellare. La scoperta non solo indica che vi e’ piu’ materiale per la formazione di nuove stelle nella Galassia ma anche che tale materiale si estende molto piu’ in la’ di quanto gli astronomi avevano immaginato.
Nella Via Lattea, come nelle altre galassie, le stelle si formano dal collasso di grumi di materia piu’ densi e freddi in una nube molecolare. Queste nubi sono giganteschi complessi di formazione stellare formati principalmente di idrogeno (H2), un gas che non emette alcun tipo di luce alle basse temperature alle quali si trovano le nubi molecolari.
Studiando i primitivi stadi della formazione stellare gli astronomi non solo sono interessati in che modo dalle nubi molecolari si arrivi alla formazione di nuove stelle, ma anche ai processi che hanno luogo in precedenza, e come vengano modellate le nubi molecolari dai gas idrogeno atomico diffuso. Per questo scopo gli astronomi si concentrano sulla distribuzione e sulle proprieta’ dell’H2 nella Galassia, ma senza il beneficio di osservazioni dirette e devono ricorrere a metodi alternativi per tracciarlo.
Il metodo piu’ utilizzato per tracciare il gas molecolare nelle regioni di formazione stellare e’ il monossido di carbonio CO. Semplice contaminante nelle nubi molecolari, il CO irradia molto piu’ efficacemente dell’H2 e puo’ essere facilmente rilevato. Tuttavia, questi traccianti indiretti possono non essere obiettivi dato che non vi e’ la garanzia che tutte le porzioni di una nube che contiene H2 contenga anche CO, nel qual caso le osservazioni di CO non sarebbero in grado di mappare queste regioni.
Per ottenere un quadro piu’ completo del contenuto molecolare della nostra Galassia, gli astronomi negli ultimi decenni hanno combinato osservazioni di CO con altri traccianti di H2. Questi includono l’emisisone dalla polvere, un altro contaminante nelle nubi molecolari, e i raggi gamma che sono prodotti quando le particelle di raggi cosmici interagiscono con l’idrogeno moltecolare e atomico nel mezzo interstellare.
La combinazione di tali dati ha suggerito la presenza di molto piu’ gas molecolare nella nostra Galassia di quanto indicato dal marcatore CO. I nuovi dati dall’Herschel Space Observatory dell’ESA hanno confermato queste ipotesi iniziali, ossia che almeno un terzo del gas molecolare della nostra Galassia e’ rimasto del tutto invisibile alle osservazioni. E c’e’ di piu’. La nuova survey di Herschel, che va alla ricerca di H2 attraverso un tracciante diverso, ill carbonio ionizzato C+, ha permesso di ricavare la distribuzione tridimensionale del gas molecolare su tutta la Galassia.
“Questa e’ la prima survey di carbonio ionizzato attraverso il piano galattico che combina sia un’alta risoluzione spettrale che un’alta risoluzione angolare” ha affermato Jorge Pineda del Jet Propulsion Laboratory (JPL), Caltech, USA, primo autore della ricerca. Il piano galattico e’ il luogo dove vi e’ la maggior concentrazione sia delle stelle della nostra Galassia che delle nubi di formazione stellare.
“Con una risoluzione spettrale senza precedenti dello strumento HIFI a bordo di Herschel potremmo stimare la distanza dell’emissione di C+ dal centro galattico e ricostruire la distribuzione radiale attraverso la Galassia” ha continuato.
Il carbonio ionizzato e’ il carbonio a cui e’ stato strappato via uno degli elettroni piu’ esterni dai fotoni ultravioletti provenienti dalle giovani stelle vicine. Questi ioni sono presenti come tracce in tutto il mezzo interstellare e producono una caratteristica linea di emissione ad una lunghezza d’onda di 158 micron. La riga C+ e’ la riga tipica di emissione piu’ luminosa del mezzo interstellare nelle lunghezze d’onda infrarosse. Tuttiavia, a causa dell’assorbimento dell’atmosfera terrestre, gli astronomi possono solo osservare la riga C+ nelle parti piu’ alte dell’atmosfera, preferibilmente dallo spazio.
“Gli atomi di carbonio vengono ionizzati dagli stessi fotoni ultravioletti che spezzano le molecoe H2 scomponendole in atomi di idrogeno, ma questi due processi non avvengono negli stessi luoghi all’interno del mezzo interstellare” ha spiegato il secondo autore della ricerca William Langer del JPL, Caltech, USA. Langer e’ il Principal Investigator del GOT C+, Herschel Open Time Key Programme dove sono stati raccolti di dati.
“In questo modo possiamo usare la riga del C+ per individuare il gas nella fase di transizione dove la maggior parte dell’idrogeno e’ molecolare ma il carbonio e’ principalmente ionizzato”.
Per identificare i diversi ambienti dove l’emissione di C+ ha avuto origine gli astronomi confrontano i dati di Herchel con altre osservazioni del tutto indipendenti che tracciano i vari componenti del mezzo interstellare. Ma potrebbero rappresentare poco meno dei tre quarti di tutto quello che si puo’ effettivamente osservare con Herschel.
“Ci siamo resi conto che il restante carbonio ionizzato deve essere situato in alcune parti isolate delle nubi molecolari che non possiamo rintracciare attraverso il CO perche’ non contengono questa molecola” ha spiegato Pineda.
Le regioni piu’ dense del mezzo interstellare, dove si viene a trovare la maggior parte del gas molecolare, contengono sia H2 che CO. Ma le loro immediate vicinanze hanno una composizione piu’ complessa, che e’ profondamente influenzata dalla radiazione ultravioletta delle stelle vicine. Queste regioni di fotodissociazione comportano diversi strati: in quelli piu’ esterni il gas e’ completamente ionizzato a causa dell’esposizione alla radiazione ultravioletta, mentre gli strati piu’ interni ospitano diversi tipi di specie di gas allo stesso tempo, ionizzato, atomico e molecolare.
In uno degli strati piu’ interni della regione di fotodissociazione, H2 e C+ sono stati trovati coesistere. Gli astronomi chiamano il gas molecolare che si viene a trovare in queste regioni CO-dark H2 per distinguerlo dall’H2 mescolato con il monossido di carbonio che puo’ essere tracciato con l’emissione di CO. I nuovi dati di Herschel mostrano che il CO-dark H2 rende conto del 30 percento dell’intera riserva di gas molecolare della nostra Galassia.
“La Galassia contiene molto piu’ H2 di quanto avevamo pensato. Abbiamo solo bisogno di guardare da una nuova prospettiva” ha commentato Langer.
Non solo l’indagine di Herschel sulla C+ ha scoperto questo serbatoio nascosto di materiale per potenziali nuove stelle, ma rivela anche in modo curioso com’e’ distribuita la C+. La CO-dark H2 rilevata con Herschel e’ per la maggior parte localizzata in un anello che circonda il centro della nostra Galassia ad un raggio compreso tra 13000 e 36000 anni luce. Questo si estende molto piu’ in la’ del gas molecolare che traccia il CO, che e’ maggiormente concentrato nelle regioni piu’ interne della nostra Galassia, con un picco ad un raggio di circa 13 000 anni luce, e diminuisce in densita’ a maggiori distanze.
Gli astronomi hanno intenzione di studiare il gas molecolare, appena rilevato, in maggior dettaglio per osservare i passaggi intermedi che trasformano il mezzo interstellare in nubi molecolri piu’ dense e fredde. La quantita’ di H2 in una galassia e’ un parametro chiave per conoscere la sua attivita’ di formazione stellare, ma la rate alla quale il gas molecolare viene prodotto in primo luogo potrebbe essere ugualmente importante.
“Questo lavoro eccitante basato sulle osservazioi di C+ fatte da Herschel mostrano che vi e’ sicuramente molto piu’ materiale grezzo a disposizione per la formazione stellare nella nostra Galassia di quanto sapevamo, il che e’ importante di per se’. ” ha affermato Göran Pilbratt, Herschel Project Scientist all’ESA, “ma, grazie all’elevata risoluzione spettrale fornita dall’HIFI, possiamo anche dire dove si trova questo gas”.
Articolo:
J. L. Pineda, et al., “A Herschel [C II] Galactic plane survey I: the global distribution of ISM gas components”, 2013, Astronomy & Astrophysics, 554, A103.
Fonte ESA – There is more gas in the Galaxy than is dreamt of by astronomers- http://sci.esa.int/herschel/51909-there-is-more-gas-in-the-galaxy-than-is-dreamt-of-by-astronomers/
Sabrina
