Nonostante si studi la struttura della Via Lattea da oltre un secolo, mappare con precisione la nostra “casa” cosmica è tuttora un’impresa complessa. E poiché il Sistema Solare si trova immerso nel disco galattico, la presenza di polveri, gas e stelle ostacola la vista diretta dei bracci di spirale più lontani. Oggi, un nuovo studio, guidato dall’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) e pubblicato sulla rivista Astronomy & Astrophysics, ha superato questi limiti, dimostrando che i bracci a spirale più esterni della Via Lattea si estendono più lontano di quanto ipotizzato dai modelli attuali.
Il team ha ottenuto questo risultato misurando la distanza delle nubi di polvere interstellare che compongono i bracci esterni della Galassia. Per farlo, ha sfruttato un fenomeno tanto spettacolare quanto raro: gli anelli di scattering (o diffusione) nei raggi X, veri e propri “echi di luce” generati da potentissimi lampi di raggi gamma (gamma-ray burst, o GRB) provenienti da galassie remote.
“Volevamo capire quanto fossero davvero lontani i bracci più esterni della Via Lattea, le cui stime attuali dipendono da modelli indiretti e spesso affetti da errori sistematici”, spiega Beatrice Vaia, prima autrice del paper e ricercatrice dell’INAF, che ha condotto la ricerca nell’ambito del dottorato all’Università di Trento e alla Scuola Universitaria Superiore IUSS Pavia. E aggiunge: “abbiamo sfruttato gli anelli di scattering dei raggi X come uno strumento perfetto: si tratta di un metodo molto diretto che si basa solo sulla geometria e non dipende dalle assunzioni su come la Via Lattea ruota, ipotesi che diventano incredibilmente incerte proprio nelle regioni più periferiche. In parole semplici, abbiamo migliorato la mappa tridimensionale della nostra Galassia e testato in modo indipendente le teorie utilizzate per descriverne la struttura”.
Lo studio
Quando i raggi X emessi da un GRB attraversano la Via Lattea, vengono deviati dalle minuscole particelle di polvere interstellare incontrate lungo il loro percorso. Agli occhi dei telescopi spaziali, questo effetto crea degli anelli concentrici in espansione attorno alla sorgente. Dato che il diametro di questi anelli dipende unicamente dal tempo di ritardo dei fotoni e dalla distanza della nube di polvere, gli scienziati possono calcolare la posizione della struttura interstellare con estrema precisione, tanto da non risentire delle incertezze dei metodi tradizionali.
Il lavoro si è concentrato sull’analisi delle osservazioni d’archivio (tra il 2003 e il 2022) dei telescopi XMM-Newton (ESA) e Chandra (NASA) relative a tre GRB storici: GRB 031203, GRB 160623A e l’eccezionale e brillantissimo GRB 221009A. In questo modo, è stato possibile campionare tre diverse linee di vista e determinare le distanze di tre grandi bracci esterni: il braccio di Perseo, il braccio Esterno (Outer Arm) e il braccio Esterno dello Scudo-Centauro (Outer Scutum-Centaurus).
Beatrice Vaia aggiunge: “lo studio mostra che i bracci spirali più esterni della Via Lattea si trovano a distanze leggermente diverse da quelle previste dai modelli più utilizzati oggi. Sia il braccio Esterno che il braccio Esterno dello Scudo-Centauro risultano più distanti di circa il 10% rispetto alle posizioni stimate finora. Le misure che abbiamo ottenuto sono le più precise finora disponibili e non dipendono dai modelli di rotazione della galassia”.
Precisione record per il braccio Esterno dello Scudo-Centauro
Non finisce qui: per il braccio Esterno dello Scudo-Centauro, situato ai confini della Via Lattea, lo studio ha raggiunto una precisione record, calcolandone la distanza nella direzione di GRB 221009A (oltre 60 mila anni luce) con un’incertezza minima, pari all’1%.
I dati analizzati hanno inoltre permesso di stabilire che lo spessore della componente di polvere nel braccio più lontano è di circa 3.500 anni luce. Questo dettaglio conferma che le misurazioni non hanno intercettato una singola nube isolata e casuale, bensì hanno tracciato la reale e imponente struttura fisica dell’intero braccio di spirale.
La rarità di lampi gamma così brillanti e allineati con il piano galattico rende questo set di dati un tesoro scientifico difficilmente replicabile nel breve termine. Tuttavia, lo studio getta le basi per le future campagne di osservazione dei telescopi spaziali per raggi X di prossima generazione, come New Athena, che permetterà di estendere questo approccio geometrico a nuove linee di vista.
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