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“Stellar populations dominated by massive stars in dusty starburst galaxies across cosmic time”

07 Giugno, 2018
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“Stellar populations dominated by massive stars in dusty starburst galaxies across cosmic time”

Su Nature l’articolo scientifico di cui è coautrice la prof.ssa Maria Francesca Matteucci, Dipartimento di Fisica dell’Università di Trieste

Tra gli argomenti maggiormente capaci di stimolare accese discussioni tra astrofisici, il posto d’onore spetta senz’altro alla funzione iniziale di massa stellare (stellar initial mass function, IMF), ossia quella funzione che descrive il numero di stelle che si formano in un certo intervallo di massa a seguito del processo di formazione stellare. Siccome l’evoluzione di un astro, e l’influenza che esso avrà sull’ambiente circostante, dipendono fortemente dalla sua massa iniziale (oltre che dalla sua composizione chimica) è evidente come la conoscenza dell’IMF sia un ingrediente di primaria importanza per tutte le teorie di formazione stellare ed evoluzione galattica. In particolare, è attualmente fortemente dibattuto se e come l’IMF vari al variare delle condizioni ambientali. Sfortunatamente, la determinazione diretta dell’IMF da conteggi stellari può essere effettuata solamente in un numero limitato di casi, cosicché è spesso necessario ricorrere a metodi indiretti, più incerti. Mentre nella nostra Galassia l’IMF sembra essere piuttosto uniforme, la teoria predice che eventuali variazioni debbano essere particolarmente evidenti negli eventi di formazione stellare più intensi e spettacolari nell’Universo, quelli dove i tassi di conversione del gas in stelle superano le 500–1000 masse solari per anno, ossia nelle galassie “starbursts” come le Ultra Luminous Infrared Galaxies (ULIRGs) e le Submillimetre Galaxies (SMGs). Purtroppo, i metodi di osservazione diretta in questi oggetti sono inapplicabili, a causa del forte oscuramento della radiazione ultravioletta stellare da parte della polvere.

Un’équipe di astrofisici europei guidata da Zhi-Yu Zhang dell’Università di Edimburgo e ESO, di cui fanno parte Donatella Romano (INAF), Francesca Matteucci (Università di Trieste e INAF), Rob Ivison (ESO) e Padelis Papadopoulos (Università di Tessalonica) ha usato le onde radio emanate dalle strutture più grandi e fredde all’interno di galassie distanti, nubi di gas a -243 C e con masse superiori a un milione di volte quella del Sole a redshift 2–3, per risalire alla forma della funzione iniziale di massa delle stelle in esse contenute. Il gruppo ha usato il radio-telescopio ALMA a 5000 metri di altitudine nel deserto di Atacama nel nord del Cile per puntare quattro SMGs, riuscendo a rilevare le righe spettrali delle molecole di CO nel mezzo interstellare di queste galassie. Le forme più rare di tali molecole, ossia quelle contenenti gli isotopi 13CO e C18O, sono particolarmente interessanti, perché il loro rapporto consente di porre dei vincoli sui numeri relativi di stelle massicce e di stelle di massa intermedia che si sono succedute all’interno delle galassie ospiti, grazie a un’attenta modellizzazione teorica che si basa sul fatto che 18O è prodotto principalmente dalle stelle massicce, mentre 13C è sintetizzato in gran parte dalle stelle con masse intermedie.

I risultati di questo studio, pubblicati su Nature, fungono da apripista per lavori futuri; il gruppo infatti si ripropone di decifrare la forma dell’IMF in galassie di diverso tipo morfologico su un ampio intervallo di tempo cosmico (per ora si è concentrato sulle cosiddette galassie starbursts ad alto redshift) utilizzando anche altri rapporti isotopici tra quelli maggiormente sensibili alle variazioni dell’IMF e, al contempo, meno affetti da incertezze sia teoriche che osservative.

 

Informazioni editoriali:
Nature, 4 giugno 2018
Titolo: Stellar populations dominated by massive stars in dusty starburst galaxies across cosmic time

Autori: Zhi-Yu Zhang, Donatella Romano, Rob J. Ivison, Padelis P. Papadopoulos, Francesca Matteucci

Link: https://www.nature.com/articles/s41586-018-0196-x

doi: https://doi.org/10.1038/s41586-018-0196-x

Contatti:
Prof.ssa Francesca Matteucci
Dipartimento di Fisica – Università degli Studi di Trieste
Tel. 040/3199130
E-mail: matteucci@oats.inaf.it