Un autentico laboratorio cosmico della formazione stellare emerge dalle nuove osservazioni del James Webb Space Telescope. Il telescopio spaziale di NASA, ESA e CSA ha rivolto i propri strumenti verso NGC 7129, una spettacolare nebulosa distante circa 3.300 anni luce dalla Terra, rivelando numerose stelle che fino a oggi erano rimaste nascoste all’interno di dense nubi di polvere. L’immagine restituisce un paesaggio cosmico ricchissimo di strutture, nel quale convivono protostelle e stelle giovani in differenti fasi della loro evoluzione, immerse in vasti campi di gas e polveri. Il risultato è possibile grazie alla capacità di Webb di osservare l’Universo nella luce infrarossa, in grado di attraversare materiale che assorbe o disperde altre lunghezze d’onda. Una caratteristica particolarmente importante nello studio delle regioni in cui nascono le stelle, spesso completamente oscurate alla vista dei telescopi che osservano principalmente nella luce visibile. NGC 7129 diventa così un ambiente privilegiato per comprendere non soltanto come nascono le stelle, ma anche in quale modo gli astri appena formati riescano progressivamente a trasformare, riscaldare ed erodere il materiale cosmico che li circonda.
La nascita delle stelle nelle fredde nubi molecolari
Le stelle rappresentano veri e propri motori della produzione degli elementi nell’Universo e il loro ciclo vitale comincia all’interno delle cosiddette nubi molecolari, regioni fredde e dense costituite prevalentemente da gas e polvere. È proprio all’interno di questi giganteschi serbatoi di materia che le concentrazioni di materiale possono progressivamente collassare sotto l’effetto della gravità, dando origine alle prime fasi della formazione stellare. Le giovani stelle, tuttavia, trascorrono gran parte di questa fase iniziale avvolte da veri e propri bozzoli di polvere cosmica. Per questo motivo possono risultare impossibili da osservare con molti telescopi. Il James Webb, grazie alla sua elevata sensibilità nell’infrarosso, è invece in grado di guardare attraverso una parte significativa di queste nubi, consentendo agli astronomi di esplorare direttamente le prime fasi del ciclo vitale delle stelle. La nuova osservazione mostra inoltre una caratteristica particolarmente importante di NGC 7129: gli astri presenti nell’ammasso non hanno tutti la stessa età evolutiva. Alcuni sono ancora allo stadio di protostella, mentre altri sono già entrati nella fase di pre-sequenza principale.
LkH(alpha) 234, la grande protagonista al centro della nebulosa
L’oggetto più massiccio e maturo della regione è la luminosa stella centrale LkH(alpha) 234, pronunciata “Lick-H-alpha”. Nell’immagine è facilmente riconoscibile grazie al più evidente schema di diffrazione prodotto dall’osservazione di Webb. LkH(alpha) 234 è una stella di pre-sequenza principale con una massa stimata tra circa cinque e otto volte quella del Sole. Le stelle che si trovano in questa fase hanno sostanzialmente terminato il processo attraverso il quale accumulano massa dal materiale circostante. A quel punto continuano a contrarsi a causa della gravità e, durante questa contrazione, la loro temperatura cresce progressivamente. Con il passare del tempo, anche LkH(alpha) 234 raggiungerà le condizioni necessarie per avviare la fusione dell’idrogeno, entrando in una fase paragonabile, per quanto riguarda il processo fondamentale di produzione dell’energia, a quella nella quale si trova attualmente il Sole. La massa della stella è inoltre determinante per la rapidità della sua evoluzione. Gli astri più massicci tendono infatti a formarsi e a evolvere più rapidamente rispetto a quelli di massa inferiore.
Una gigantesca cavità dorata lunga circa 3,5 anni luce
Uno degli elementi più spettacolari della regione si trova alla sinistra della stella centrale. Qui Webb mostra una grande cavità dall’aspetto dorato, estesa per circa 3,5 anni luce. Questa struttura rappresenta una delle dimostrazioni più evidenti dell’influenza esercitata da LkH(alpha) 234 sull’ambiente circostante. Durante una fase precedente della propria evoluzione, la giovane stella ha prodotto potenti flussi di materia, capaci di scavare all’interno della densa nube molecolare di idrogeno. L’interazione tra questi flussi, la radiazione della stella e il gas presente nella regione fornisce energia al materiale, facendolo risplendere nell’immagine. Una parte considerevole dell’idrogeno viene dispersa nello spazio a causa di questa attività. Ma il processo non determina soltanto una distruzione del materiale originario. Una notevole quantità di gas viene infatti anche compressa. Ed è proprio questa compressione che può creare le condizioni necessarie affinché nuove concentrazioni di materia collassino, favorendo la nascita di ulteriori stelle. La stessa azione delle stelle che erode una nube molecolare può quindi, contemporaneamente, modificare e comprimere altre regioni della nube, alimentando nuovi processi di formazione stellare.
Stelle giovani e onde d’urto modellano la nebulosa
All’interno della grande cavità sono visibili diverse stelle. Anche alcune di queste appartengono alla fase di pre-sequenza principale e producono potenti venti stellari. L’interazione tra questi venti e il gas già energizzato della nebulosa genera strutture particolarmente caratteristiche. Vicino alle stelle compaiono infatti dei bow shock, onde d’urto arcuate costituite da gas compresso. Queste strutture si formano quando i venti stellari spingono contro il materiale circostante, comprimendolo e scavando a loro volta cavità più piccole. La regione osservata dal James Webb mostra quindi una vera e propria sovrapposizione di processi dinamici: stelle giovani che emettono radiazione, venti che attraversano il gas, materia che viene espulsa e altre porzioni della nube che vengono compresse. Ogni stella contribuisce così, in misura differente, alla continua trasformazione dell’ambiente nel quale è nata.
Il confine cosmico dove le molecole di idrogeno vengono spezzate
La stella centrale e gli altri astri immersi nella nebulosa sono responsabili anche della formazione della cresta molto netta visibile nella parte superiore della cavità dorata. La radiazione proveniente dalle stelle crea un ambiente caldo che esercita pressione contro il gas molecolare più freddo e denso situato all’esterno della cavità. Nasce così un particolare confine conosciuto come regione di fotodissociazione. In questa zona l’energia proveniente dalle stelle modifica profondamente il materiale della nube e le molecole di idrogeno vengono separate nei rispettivi atomi. L’attività delle giovani stelle influenza quindi direttamente sia la temperatura sia la chimica del gas circostante. Studiare queste strutture permette di comprendere in quale modo le grandi nubi molecolari possano essere gradualmente trasformate ed erose dall’attività delle stelle nate al loro interno. Si tratta di processi estremamente lenti rispetto alle scale temporali umane, destinati a svilupparsi nel corso di milioni di anni.
Sul lato opposto della nebulosa si nascondono protostelle ancora più giovani
La regione situata alla destra della stella centrale racconta una fase completamente differente della storia di NGC 7129. Qui il materiale appare più irregolare e viene rappresentato prevalentemente in rosso. All’interno di queste strutture si nascondono oggetti molto più giovani rispetto alle stelle presenti nella cavità dorata: le protostelle. Lo stadio di protostella precede quello di pre-sequenza principale e comincia dopo che le nubi molecolari di gas e polvere hanno iniziato a comprimersi e frammentarsi. In questa fase iniziale, l’oggetto stellare è ancora immerso in grandi quantità di materiale dal quale continua ad accumulare massa. È dunque possibile osservare contemporaneamente, all’interno della stessa regione, differenti momenti della nascita e dell’evoluzione delle stelle.
I violenti getti delle protostelle attraversano gas e polvere
Mentre accumulano materia e aumentano la propria massa, le protostelle non trattengono tutto il materiale che le circonda. Parte della materia viene infatti espulsa sotto forma di flussi estremamente caldi. Questi getti interagiscono violentemente con il materiale denso all’interno del quale le protostelle sono ancora avvolte. Nell’immagine di Webb, questo materiale circostante appare in tonalità grigie e l’interazione con i flussi provenienti dalle giovani stelle produce onde d’urto che contribuiscono a creare il particolare aspetto irregolare e ricchissimo di strutture della regione. Anche la caratteristica luminosità rossa è collegata a questa interazione. La complessità visiva aumenta perché nella stessa zona sono presenti diversi flussi generati da differenti stelle. Osservati dalla prospettiva terrestre, molti di questi getti risultano sovrapposti gli uni agli altri. È questa sovrapposizione di fenomeni indipendenti a conferire alla regione il suo aspetto apparentemente caotico.
Una protostella e il disco che proietta un’ombra sulla nebulosa
Altri flussi protostellari sono visibili nella parte superiore sinistra dell’immagine, nelle vicinanze di una nebulosa rappresentata in tonalità blu. Al centro di questa regione si trova una protostella circondata da un disco di materiale dalla forma simile a una ciambella. Il disco blocca parte della luce e produce così un’ombra sulla nebulosa circostante. La struttura ricorda un fenomeno analogo conosciuto come “Bat Shadow”, osservato in precedenza dal NASA/ESA Hubble Space Telescope. Anche questo dettaglio mostra quanto la geometria dei dischi di materiale che circondano le giovani stelle possa lasciare una firma osservabile a distanze enormi, modificando il modo in cui la radiazione si propaga attraverso il gas e la polvere circostanti.
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