Come fanno le galassie a spirale a ottenere le ‘piume’? Basta un po’ di gravità

Andre van der Hoeven (Paesi Bassi) ha combinato diversi set di dati negli archivi del Telescopio Spaziale Hubble per creare questa straordinaria immagine della galassia a spirale Messier 77. (Credito immagine: Andre van der Hoeven/NASA/ESA) Le galassie come la Via Lattea vantano più delle sole spirali; hanno anche delle “piume”, dove si formano ammassi di nuove stelle. Gli astronomi sono stati perplessi su come si formino queste strutture complesse, ma ora un team di ricerca afferma che potrebbe esserci un modo semplice: tutto ciò che serve è un po’ di gravità. Per oltre un secolo, gli astronomi hanno ammirato la bellezza e la complessità delle galassie a spirale. Le più grandi spirali “grand design” possono ospitare una dozzina o più di bracci individuali. Ma recentemente, osservazioni dettagliate e ad alta risoluzione con il Telescopio Spaziale Hubble e il Telescopio Spaziale James Webb hanno rivelato che c’è ancora di più nella storia. Un singolo braccio può avvolgersi per decine di migliaia di anni luce attorno a una galassia. Ma gli astronomi hanno scoperto che decorando quei bracci ci sono una moltitudine di caratteristiche su piccola scala conosciute come piume. Queste piume sono molto più piccole dei bracci, raggiungendo non più di qualche migliaio di anni luce in lunghezza. Ma sono eccezionalmente dense — molto più dense dei bracci più grandi. Sono anche sede di intensa formazione stellare. All’interno delle piume, gli astronomi hanno individuato giovani ammassi stellari e giganteschi ammassi di idrogeno neutro. In effetti, gran parte — e forse la maggior parte — della formazione stellare all’interno di una galassia avviene all’interno di queste piume. Inizialmente, gli astronomi pensavano che le piume fossero una caratteristica solo delle più grandi spirali grand-design. Ma le prove stanno aumentando che quasi tutte le galassie a spirale, inclusa la Via Lattea, ospitano piume. Quindi, come fa una galassia a ottenere queste piume? Nel corso degli anni, sono emersi dibattiti mentre gli astronomi hanno proposto vari meccanismi per spiegare come si formino le piume. Le piume sono relativamente piccole, almeno su scala galattica. Sono anche numerose. Quindi si pensa che ci debba essere qualche processo complesso che le costruisce. Ad esempio, forse le esplosioni di supernova modellano le piume dai bracci a spirale, scolpendo il gas come una scultura. O forse campi magnetici deboli ma giganteschi si attorcigliano su se stessi per creare le strutture filamentose. Ma in un nuovo lavoro accettato per la pubblicazione sulla rivista Astronomy & Astrophysics, gli astronomi propongono qualcosa di molto, molto più semplice: la gravità. Solo la gravità. Per testare questa ipotesi, il team ha creato una galassia simulata eccezionalmente semplice. Questa galassia fittizia non conteneva stelle o ammassi di materia, né coinvolgeva supernove o campi magnetici. Era solo un semplice disco rotante di gas. Poi, hanno lasciato che questo disco di gas evolvesse sotto la propria gravità per vedere se le piume apparivano naturalmente. E lo hanno fatto. In poco tempo, i dischi di gas simulati si sono frammentati in una serie di filamenti annidati che somigliavano alle piume osservate — nessuna fisica complessa necessaria. Questo perché il disco di gas era instabile, con qualsiasi piccolo ammasso incline a collassare su se stesso. Quell’inclinazione naturale, combinata con la rotazione del gas, ha prodotto piccole strutture allungate — le piume. Poi, i ricercatori hanno confrontato le piume prodotte nelle galassie simulate con le piume reali nelle osservazioni. Hanno trovato un accordo generale in termini di dimensioni, forma e densità. Le galassie simulate non assomigliavano per niente alle galassie reali. Ma questo è il punto: i ricercatori volevano esaminare se la fisica semplice — solo la gravità da sola — potesse produrre piume. Sembra che sia così, ma il vero test sarà (ironicamente) introdurre una fisica più complessa nelle simulazioni. Questo perché cose come le supernove e i campi magnetici influenzano l’evoluzione delle galassie a spirale, e potrebbero distruggere queste piume alimentate dalla gravità — il che significa che saremmo di nuovo al punto di partenza. Tuttavia, è un’ipotesi promettente e dimostra che la natura è perfettamente in grado di utilizzare la fisica semplice per creare strutture complesse, anche su scala galattica. Unisciti ai nostri Forum Spaziali per continuare a parlare di spazio sulle ultime missioni, il cielo notturno e altro ancora! E se hai un suggerimento di notizia, una correzione o un commento, faccelo sapere a: community@space.com.