I ricercatori hanno confermato una nuova classe di oggetti all’interno della nostra galassia, la Via Lattea: i sopravvissuti chiamati “frammenti fossili del bulge”. Terzan 5 è il prototipo di questi resti della formazione primordiale della nostra galassia. Miliardi di anni fa, simili ammassi primordiali si sono espansi e fusi per formare il bulge della Via Lattea, eppure Terzan 5 è rimasto intatto fino ad oggi. Un nuovo studio che ha combinato recenti osservazioni del telescopio spaziale James Webb di NASA/ESA/CSA e dati raccolti in 12 anni dal telescopio spaziale Hubble di NASA/ESA ha dimostrato in modo definitivo che Terzan 5 ha subito fino a quattro distinti episodi di formazione stellare, confermando che non si tratta di un vero ammasso globulare. È invece qualcosa di molto più strano e raro.
I ricercatori, utilizzando due dei più potenti osservatori spaziali dell’umanità – il James Webb e l’Hubble – hanno dimostrato in modo definitivo che Terzan 5 non è un ammasso globulare come era stato classificato in passato, offrendo nuove informazioni su come le galassie come la nostra si formano e si evolvono nel tempo. Un ammasso globulare in genere ha una sola popolazione di stelle antiche. I nuovi dati non solo confermano l’esistenza di due distinte popolazioni di stelle in Terzan 5, ma forniscono anche prove di due più recenti fasi di formazione stellare. Sebbene si trovi all’interno del bulge della Via Lattea, la regione centrale e sferica della nostra galassia composta da stelle più antiche, Terzan 5 era abbastanza massiccio da mantenere la sua identità separata mentre i sistemi più leggeri si sono diffusi e mescolati per formare il bulge miliardi di anni fa. È come un grumo in un impasto per torta altrimenti ben amalgamato.
“Le nuove osservazioni nel vicino infrarosso di Webb, confrontate con le osservazioni d’archivio di Hubble, ci hanno fornito un quadro molto più chiaro della storia di Terzan 5”, ha affermato Giorgia Zullo, dottoranda presso l’Università di Bologna che ha guidato la ricerca.
Questi risultati sono stati presentati oggi in una conferenza stampa in occasione del 248° incontro dell’American Astronomical Society e sono stati pubblicati sulla rivista Astronomy & Astrophysics.
Quattro generazioni di stelle
Scoperto nel 1968 dall’astronomo Azop Terzan, Terzan 5 assomiglia per molti aspetti a un ammasso globulare. Tuttavia, nel 2009 è stato scoperto che questo sistema ospita due distinte popolazioni di stelle. Nel 2016, Hubble ha fornito la prima stima della loro età, dimostrando che una si è formata circa 12 miliardi di anni fa (mentre la Via Lattea si stava formando) e l’altra circa 5 miliardi di anni fa, poco prima che la Terra iniziasse a formarsi. Questo indicava una storia più complessa rispetto a quella di un tipico ammasso globulare.
Lo studio di Terzan 5 è complicato dalla sua posizione in una regione della nostra galassia densamente popolata di stelle e fortemente oscurata dalla polvere. È qui che è entrato in gioco il telescopio Webb. La sua capacità di osservazione nell’infrarosso ha permesso al team di ricerca di penetrare la polvere e catalogare molte più stelle, anche più deboli, rispetto ai lavori precedenti. Misurando il colore e la luminosità delle stelle, gli astronomi possono classificarle in popolazioni di età e composizione chimica diverse.
Webb è stato in grado di misurare queste proprietà chiave per ogni stella presente nel campo visivo, sia per le stelle all’interno di Terzan 5 che per le stelle in primo piano non correlate. Per isolare le stelle di Terzan 5, il team si è affidato alla potenza e alla longevità di Hubble. L’intervallo di 12 anni tra le esposizioni di Hubble ha permesso al team di misurare piccolissimi movimenti delle singole stelle, noti come moti propri, per determinare quali stelle appartengono a Terzan 5 e quali fanno parte del bulge della Via Lattea.
Combinando i dati di Webb e Hubble, i ricercatori hanno trovato solide prove dell’esistenza di altre due popolazioni stellari, una formatasi 3,8 miliardi di anni fa e un’altra solo 2,5 miliardi di anni fa. Sono stati inoltre in grado di determinare l’età delle popolazioni stellari già note con una precisione senza precedenti, scoprendo che si sono formate rispettivamente 12,5 e 4,7 miliardi di anni fa.
Con le due generazioni di stelle già note, gli astronomi non potevano escludere la possibilità che Terzan 5 avesse interagito con un altro oggetto, come un ammasso globulare o una nube molecolare gigante, arricchendosi di gas e polveri che avrebbero innescato una seconda fase di formazione stellare. Con quattro generazioni stellari, queste spiegazioni sono escluse.
Anche le misurazioni della composizione stellare delle popolazioni di Terzan 5 effettuate presso l’Osservatorio W. M. Keck e il Very Large Telescope dell’European Southern Observatory indicano popolazioni ben distinte. “Insieme all’età di queste popolazioni, l’ammasso conserva una testimonianza fossile del progressivo arricchimento di elementi pesanti da parte delle supernove“, ha affermato il coautore R. Michael Rich, astronomo ricercatore presso l’Università della California, Los Angeles.
Terzan 5 ha formato più generazioni di stelle perché è stato in grado di trattenere le materie prime necessarie. Ci sono prove di potenti esplosioni di supernova in Terzan 5 che hanno forgiato elementi più pesanti, poi inglobati dalle generazioni successive di stelle. In sistemi più leggeri, la forza delle esplosioni stesse avrebbe potuto espellere gli elementi risultanti, oltre a spazzare via gas e polveri residue. Il progenitore di Terzan 5 aveva massa sufficiente per trattenere le espulsioni di queste stelle, permettendo la formazione di nuove generazioni di stelle nel corso di miliardi di anni.
“Frammento fossile del bulge”
I risultati mostrano che Terzan 5 è molto probabilmente il residuo di un sistema stellare molto più massiccio, formatosi inizialmente 12,5 miliardi di anni fa. Terzan 5 è straordinario perché è sopravvissuto e non si è mai fuso o completamente “incorporato” nel bulge della Via Lattea. “Per qualche ragione, questo peculiare ammasso di stelle si è formato separatamente dal bulge e non è stato distrutto durante la formazione del bulge stesso”, ha affermato Francesco R. Ferraro, professore all’Università di Bologna e responsabile scientifico delle osservazioni del telescopio Webb. “Terzan 5 è ciò che oggi definiamo un frammento fossile del bulge, perché assomiglia agli ammassi primordiali che hanno contribuito alla formazione del bulge”.
Ad oggi, esiste un altro oggetto cosmico noto simile a Terzan 5. Liller 1 è stato il secondo ad essere riclassificato da ammasso globulare a frammento fossile del bulge. Anch’esso contiene diverse generazioni di stelle. Potrebbero esserci altri oggetti simili. Il team di Ferraro esaminerà tra i 40 e i 50 ammassi globulari che orbitano all’interno del bulge per determinare se le loro popolazioni stellari sono tutte omogenee, come negli ammassi globulari, o se presentano diverse generazioni, come nei frammenti fossili del bulge.
Possibili parallelismi per la formazione di galassie vicine e lontane
In definitiva, questa ricerca potrebbe migliorare la nostra conoscenza di come si formano i bulge centrali delle galassie nel corso di centinaia di milioni di anni. “Sulla base di osservazioni e simulazioni approfondite, riteniamo che le galassie nell’Universo primordiale avessero enormi dischi di gas che si sono frammentati in grumi e hanno formato stelle. Questi grumi sono migrati verso il centro delle galassie e molti si sono fusi per formare i loro bulge“, ha affermato Barbara Lanzoni, coautrice e professoressa associata all’Università di Bologna. Ad esempio, Webb ha individuato diversi esempi di galassie “grumose” che si stavano formando attivamente quando l’Universo aveva solo poche centinaia di milioni di anni, come i grumi nella galassia Firefly Sparkle. “Terzan 5 potrebbe fornire prove dirette che possono aiutare a spiegare come si sono formati i bulge nelle galassie in tutto l’Universo“, ha affermato Lanzoni.