Alcune parti della Via Lattea sono più antiche di quanto ci aspettassimo

Utilizzando i dati della missione Gaia dell'ESA, gli astronomi hanno dimostrato che una parte della Via Lattea nota come "disco spesso" ha iniziato a formarsi 13 miliardi di anni fa, circa 2 miliardi di anni prima del previsto e solo 0,8 miliardi di anni dopo il Big Bang.

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a cura di Alessandro Crea

Utilizzando i dati della missione Gaia dell'ESA si è scoperto che una parte della Via Lattea è molto più antica di quanto si pensasse. Questo sorprendente risultato deriva da un'analisi eseguita da Maosheng Xiang e Hans-Walter Rix, del Max-Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germania. Hanno preso i dati di luminosità e posizione dal set di dati Early Data Release 3 (EDR3) di Gaia e li hanno combinati con le misurazioni delle composizioni chimiche delle stelle, come risultato dai dati del Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope (LAMOST) cinese riguardanti circa 250.000 stelle, per derivare la loro età.

Hanno scelto di guardare le stelle sub giganti. In queste stelle, l'energia ha smesso di essere generata nel nucleo della stella e si è spostata in un guscio attorno al nucleo. La stella stessa si sta trasformando in una gigante rossa. Poiché la fase subgigante è una fase evolutiva relativamente breve nella vita di una stella, consente di determinare la sua età con grande precisione, ma è ancora un calcolo complicato.

L'età di una stella è uno dei parametri più difficili da determinare. Non può essere misurato direttamente, ma deve essere dedotto confrontando le caratteristiche di una stella con i modelli computerizzati dell'evoluzione stellare. I dati compositivi aiutano in questo. L'Universo è nato con quasi esclusivamente idrogeno ed elio. Gli altri elementi chimici, noti collettivamente come metalli per gli astronomi, si formano all'interno delle stelle e vengono espulsi nello spazio alla fine della vita di una stella, dove possono essere incorporati nella prossima generazione di stelle. Quindi, le stelle più vecchie hanno meno metalli e si dice che abbiano una metallicità inferiore.

I dati LAMOST forniscono la metallicità. Insieme, la luminosità e la metallicità consentono agli astronomi di dedurre l'età della stella dai modelli al computer. Prima di Gaia, gli astronomi lavoravano abitualmente con incertezze del 20-40%, il che potrebbe comportare che le età determinate siano imprecise di un miliardo di anni o più.

Il rilascio dei dati EDR3 di Gaia cambia questo aspetto. "Con i dati di luminosità di Gaia, siamo in grado di determinare l'età di una stella sub gigante a pochi punti percentuali", ha spiegato Maosheng. Armati di età precise per un quarto di milione di stelle sub giganti sparse in tutta la galassia, Maosheng e Hans-Walter hanno iniziato l'analisi.

La nostra galassia è fatta di diversi componenti. In generale, questi possono essere suddivisi nell'alone e nel disco. L'alone è la regione sferica che circonda il disco ed è stato tradizionalmente pensato per essere il componente più antico della galassia. Il disco è composto da due parti: il disco sottile e il disco spesso.

Il disco sottile contiene la maggior parte delle stelle che vediamo come la banda nebbiosa di luce nel cielo notturno che chiamiamo La Via Lattea. Il disco spesso è più del doppio dell'altezza del disco sottile ma più piccolo nel raggio, contenente solo una piccola percentuale delle stelle della Via Lattea nel vicinato solare. Identificando stelle sub giganti in queste diverse regioni, i ricercatori sono stati in grado di costruire una linea temporale della formazione della Via Lattea ed è stato allora che hanno avuto una sorpresa.

Le età stellari hanno chiaramente rivelato che la formazione della Via Lattea è accaduta in due fasi distinte. Nella prima fase, a partire da soli 0,8 miliardi di anni dopo il Big Bang, il disco spesso ha iniziato a formare stelle. Anche le parti interne dell'alone potrebbero aver iniziato a riunirsi in questa fase, ma il processo ha rapidamente accelerato fino al completamento circa due miliardi di anni dopo, quando una galassia nana, si è fusa con la Via Lattea. Ha riempito l'alone di stelle e, come chiaramente rivelato dal nuovo lavoro, ha innescato il nascente disco spesso per formare la maggior parte delle sue stelle. Il sottile disco di stelle che contiene il Sole, si è formato durante la successiva seconda fase della formazione della galassia.

L'analisi mostra anche che dopo l'esplosione di formazione stellare innescata dalla fusione, il disco spesso ha continuato a formare stelle fino a quando il gas è stato consumato a circa 6 miliardi di anni dopo il Big Bang. Durante questo periodo, la metallicità del disco spesso è cresciuta di oltre un fattore 10. I ricercatori vedono una relazione molto stretta tra età stellare e metallicità, il che indica che durante quel periodo, il gas che ha formato le stelle era ben miscelato su tutto il disco. Ciò implica che le prime regioni del disco della Via Lattea devono essere state formate da gas altamente turbolento che diffonde efficacemente i metalli in lungo e in largo.

La precedente età di formazione del disco spesso indica un quadro diverso della storia antica della nostra galassia. Come ha spiegato Maosheng "dalla scoperta dell'antica fusione, nel 2018, gli astronomi hanno sospettato che la Via Lattea fosse già lì prima che si formasse l'alone, ma non avevamo un quadro chiaro di come fosse quella Via Lattea. I nostri risultati forniscono dettagli squisiti su quella parte della Via Lattea, come la sua età, il suo tasso di formazione stellare e la storia dell'arricchimento dei metalli. Mettere insieme queste scoperte usando i dati di Gaia sta rivoluzionando la nostra immagine di quando e come si è formata la nostra galassia".

"Con ogni nuova analisi e rilascio di dati, Gaia ci consente di ricostruire la storia della nostra galassia con dettagli senza precedenti. Con prossimo rilascio di Gaia DR3 a giugno, gli astronomi saranno in grado di arricchire la storia con ancora più dettagli", ha affermato Timo Prusti, scienziato del progetto Gaia per l'ESA.