Stabilire l’estensione del disco della Via Lattea ha rappresentato una sfida per lungo tempo, poiché il suo bordo esterno non presenta un termine brusco, ma sfuma gradualmente. Un team internazionale di astronomi ha identificato per la prima volta il confine esterno del disco di formazione stellare della nostra Galassia, analizzando le età delle stelle e rivelando che la maggior parte della formazione stellare avviene entro 40mila anni luce dal Centro Galattico.
Definito il limite del disco di formazione stellare della Via Lattea
I ricercatori hanno adottato un approccio innovativo, combinando l’analisi delle età di stelle luminose e giganti con simulazioni all’avanguardia di evoluzione galattica. Questo metodo ha evidenziato una distribuzione delle età stellari a forma di “U”, permettendo di localizzare con precisione il limite della regione di formazione stellare della Via Lattea.
Tra i principali autori della ricerca figura Karl Fiteni, docente presso il Dipartimento di Scienza e alta tecnologia dell’Università dell’Insubria di Varese. La ricerca è stata condotta in collaborazione con l’Università di Malta, l’Università del Lancashire e altri partner internazionali. «Nell’archeologia galattica, l’estensione del disco di formazione stellare della Via Lattea è stata a lungo un tema controverso; ora, mappando come l’età delle stelle varia lungo il disco, abbiamo ottenuto una risposta chiara e quantitativa», ha commentato Fiteni.
Karl Fiteni, ricercatore postdottorale maltese, è membro del gruppo Galflow, guidato dal professor Mattia Sormani, e partecipa anche al Como Lake Centre for AstroPhysics. Negli ultimi diciotto mesi, ha approfondito i temi della formazione ed evoluzione delle galassie, della struttura a spirale e della formazione delle regioni esterne dei dischi galattici, utilizzando simulazioni N-body e idrodinamica a particelle smoothed (SPH) per studiare i processi fisici che modellano le galassie nel tempo.
La formazione “Inside-out”
Le galassie non formano stelle in modo uniforme lungo i loro dischi; al contrario, si sviluppano dal centro verso l’esterno. La formazione stellare ha avuto inizio nelle regioni centrali più dense e si è progressivamente estesa nel corso di miliardi di anni, in un processo definito crescita “inside-out”. Questo implica che, in media, le stelle sono più giovani man mano che ci si allontana dal centro, poiché il disco esterno è l’area in cui la formazione stellare è avvenuta più recentemente.
La ricerca ha dimostrato che nella Via Lattea l’età media delle stelle diminuisce allontanandosi dal centro, come previsto dal modello di crescita inside-out. Tuttavia, a circa 35/40mila anni luce dal Centro Galattico, questa tendenza si inverte: le stelle tornano a essere più vecchie con l’aumentare della distanza, creando un profilo di età caratteristico a forma di “U”.
Confrontando questo segnale con simulazioni di galassie, il team ha evidenziato che il punto minimo nel profilo di età segna un brusco calo dell’efficienza della formazione stellare, confermando che questo è il vero limite del disco di formazione stellare della Via Lattea. «I dati attualmente disponibili forniscono stime sempre più accurate dell’età delle stelle, diventando così strumenti potenti per decifrare la storia della Via Lattea e aprendo una nuova era di scoperte sulla nostra galassia», ha commentato il professor Joseph Caruana, coautore e supervisore del progetto all’Università di Malta.
Perché esistono stelle oltre il limite?
Se la formazione stellare diminuisce drasticamente oltre questo confine, perché ci sono comunque stelle al di là di esso? La risposta risiede nel fenomeno della “migrazione radiale”, un lento spostamento delle stelle verso l’esterno rispetto al luogo di origine, simile a come i surfisti si muovono sulle onde. Le stelle possono essere trasportate dai bracci spirali, spostandosi gradualmente verso l’esterno dai loro luoghi di nascita.
Oltre il limite, le stelle arrivano principalmente migrando verso l’esterno dalle regioni in cui si sono formate. Poiché la migrazione è un processo lento e casuale, con stelle che intercettano diverse onde a spirale in momenti differenti, occorre più tempo per allontanarsi dal confine esterno della formazione stellare. Questo spiega il modello osservato in cui le stelle più lontane, oltre il punto minimo nel profilo di età, risultano anche le più antiche.
Un aspetto fondamentale è che queste stelle si muovono su orbite quasi circolari, escludendo la possibilità che siano state scagliate a grandi distanze a seguito di collisioni con altre galassie. La loro presenza nel disco esterno è il risultato cumulativo della dinamica interna alla Galassia. Il professor Victor P. Debattista, coautore e co-supervisore dello studio all’Università del Lancashire, ha spiegato: «Un punto chiave riguardo alle stelle nel disco esterno è che si trovano su orbite quasi circolari, il che significa che devono essersi formate nel disco. Non sono stelle disperse a grandi distanze da una galassia satellite in caduta».
Mappare il confine
Il team ha esaminato oltre 100mila stelle giganti utilizzando dati degli studi spettroscopici LAMOST e APOGEE, combinati con misurazioni estremamente precise del satellite Gaia, un programma ambizioso volto a mappare le stelle della Via Lattea. Concentrandosi sulle stelle che orbitano nel disco principale della Galassia, i ricercatori sono riusciti a isolare il segnale della crescita “inside-out” da altri processi galattici. Il professor Laurent Eyer, coautore in servizio all’Università di Ginevra, ha osservato: «Gaia sta mantenendo le sue promesse: combinando i suoi dati con la spettroscopia da terra e le simulazioni galattiche, ci consente di decifrare la storia di formazione della nostra Galassia».
Per confermare che il profilo a forma di “U” identifica il vero limite della formazione stellare, i ricercatori hanno utilizzato simulazioni galattiche avanzate. Questi modelli hanno rivelato che il minimo nel profilo di età coincide con un brusco calo dell’efficienza della formazione stellare, dimostrando che la migrazione stellare verso l’esterno è necessaria per spiegare la forma a “U”.
«In astrofisica utilizziamo simulazioni su supercomputer per identificare i meccanismi fisici responsabili delle caratteristiche osservate nelle galassie», ha spiegato il coautore João A. S. Amarante, della Shanghai Jiao Tong University. In questo studio, ha aggiunto, «ci hanno permesso di dimostrare come la migrazione stellare modelli il profilo di età del disco e di individuare dove termina la regione di formazione stellare».
Resta incerto il motivo per cui la maggior parte della formazione stellare diminuisce a questa distanza dal Centro Galattico. I principali candidati includono la barra centrale della Via Lattea, la cui influenza gravitazionale potrebbe accumulare gas in zone specifiche, o la deformazione (nota come “warp”) della parte più esterna della Galassia, dove il disco si incurva e ostacola potenzialmente la formazione stellare. Sebbene il meccanismo esatto non sia ancora chiaro, la ricerca conferma che il profilo di età a forma di “U” rappresenta un segnale chiaro di un confine ben definito nella zona di formazione stellare della Via Lattea.
Prospettive future
Con le survey di nuova generazione come 4MOST e WEAVE, si prevede l’arrivo di dati ancor più dettagliati, che consentiranno agli astronomi di affinare queste misurazioni e potenzialmente identificare i processi fisici che determinano la distanza a cui la formazione stellare nella nostra Galassia si interrompe.
La ricerca dimostra inoltre come l’età delle stelle, un tempo difficile da determinare con precisione, sia diventata uno strumento potente per l’archeologia galattica, permettendo agli astronomi di ricostruire la formazione e l’evoluzione della Via Lattea nel corso di miliardi di anni.