Aggiornare il paradigma dinamico per gli ammassi globulari galattici
Gli ammassi globulari sono insiemi di stelle che orbitano intorno a un nucleo galattico e sono tradizionalmente considerati sistemi semplici, sferici, non rotanti e termodinamicamente stabili. Ciò significa che le orbite delle loro stelle componenti non hanno un orientamento preferenziale. Per decenni sono stati ritenuti esemplari della cosiddetta «singola popolazione stellare», in cui le stelle nascono insieme e condividono una semplice storia di formazione. Tuttavia, questo quadro tradizionale di descrizione degli ammassi globulari è stato recentemente messo in discussione da una serie di scoperte riguardanti le loro proprietà chimiche, strutturali e cinematiche: le popolazioni stellari multiple, infatti, sono ora considerate onnipresenti. Il progetto NESSY, finanziato dall’UE, ha contribuito a questa formulazione di un paradigma dinamico più realistico per questa classe di sistemi stellari attraverso la combinazione di modelli analitici e simulazioni numeriche, oltre all’impiego di dati astronomici di nuova generazione. NESSY ha affrontato tre problemi con cui si confrontano gli astrofisici moderni: il ruolo del momento angolare interno e delle correnti esterne dell’evoluzione dinamica dei sistemi stellari densi, la formazione di popolazioni stellari tra le più antiche nell’universo e la possibile esistenza di buchi neri di massa intermedia. La nuova generazione di dati astronomici Gaia, l’osservatorio spaziale europeo, sta al momento misurando le posizioni e le velocità di migliaia di stelle negli ammassi globulari della nostra Via Lattea con una precisione senza precedenti. Questa nuova generazione di dati, abbinata a misurazioni effettuate con il telescopio spaziale Hubble e altre apparecchiature astronomiche all’avanguardia, ha consentito ai teorici di studiare, per la prima volta, l’intero «spazio delle fasi» degli ammassi stellari analizzando sia la posizione che la velocità delle loro stelle. Secondo quanto affermato dalla dott.ssa Anna Lisa Varri, ricercatrice del progetto NESSY e assegnataria di una borsa individuale di ricerca Marie Skłodowska-Curie, «questi compatti gruppi di stelle, essendo stati utilizzati per innumerevoli scopi nel corso di diversi decenni, rappresentano i coltellini svizzeri tascabili dell’astrofisica; ciononostante, lo studio dei moti delle loro stelle è bloccato all’interno di una ristretta gamma di ipotesi semplificatrici. Apparecchiature astronomiche di livello mondiale stanno ora originando una marea di dati su tali oggetti e la teoria attuale non riesce a stare al passo». Il team, tra gli altri apporti, ha contribuito allo sviluppo di una nuova comprensione del ruolo della complessità cinematica in termini di rotazione interna e anisotropia della velocità (diverse proprietà in diverse direzioni), nell’evoluzione dinamica di lungo termine dei sistemi collisionali quali gli ammassi globulari. NESSY ha inoltre aiutato a sviluppare un modello dinamico dell’ammasso galattico 47 Tucanae, che descrive la sua ricca struttura nello spazio delle velocità e rivela un inaspettato grado di rotazione interna. Il ruolo del momento angolare è un aspetto in grado di chiarire le dinamiche interne dei sistemi collisionali, quali gli ammassi globulari. Come puntualizza la dott.ssa Varri, nonostante la carenza di ricerche sul fenomeno, «si sta attualmente dimostrando la rotazione di un numero crescente di ammassi stellari giovani e antichi. In effetti, è possibile che la presenza di un certo momento angolare sia davvero in grado di accelerare l’evoluzione dinamica di tali sistemi». Una nuova epoca dell’astrofisica per la ricerca Il lavori compiuti nell’ambito del progetto NESSY verranno sostenuti dalla collaborazione con la Scuola di matematica dell’Università di Edimburgo, al fine di approfondire ulteriormente il ruolo della complessità cinematica analizzando l’equilibrio, la stabilità e le proprietà evolutive dei sistemi stellari densi e rotanti, con la speranza che tali studi arricchiscano la nostra comprensione degli ammassi stellari globulari e dei nuclei galattici. Come spiega la dott.ssa Varri, «sulla base di tutto ciò, continuerò ad analizzare le ripercussioni della complessità cinematica su due enigmi in sospeso nel mio campo: la dimensione dinamica del fenomeno delle popolazioni multiple e la formazione di buchi neri di massa intermedia e di massa stellare». La presenza della rotazione interna, infatti, è in grado di influenzare significativamente le dimensioni dello spazio dei parametri in cui si possono svolgere i processi collisionali che portano alla formazione di buchi neri negli ammassi, nonché i loro esiti. Grazie agli studi svolti nell’ambito di NESSY sulla complessità cinematica, i ricercatori hanno ora la possibilità di approfondire le ripercussioni di questi ulteriori gradi di libertà sulla formazione e sul mantenimento dei buchi neri nei sistemi stellari densi. Secondo la dott.ssa Varri, «questo argomento è particolarmente attuale poiché, grazie all’interferometro LIGO, vi è ora una nuova opportunità astrofisica di esplorare la fisica di buchi neri, come le onde gravitazionali».
Parole chiave
Stellare, astrofisica, osservatorio, galassia, ammassi globulari, proprietà cinematiche, buchi neri, stelle, astronomia, cinematico
