Quanto e' vecchia la Via Lattea?


    Osservazioni eseguite da un gruppo internazionale di astronomi con il telescopio VLT dell'ESO hanno permesso di ottenere una stima del periodo iniziale di formazione della Via Lattea.

    Guardando il cielo di notte durante le sere di Settembre, dall'emisfero boreale, verso le costellazioni di Cassiopea e Perseo, si può osservare la Via Lattea, uno dei bracci che caratterizza la nostra Galassia formata da centinaia di miliardi di stelle.

    Una di queste stelle, il Sole, che si trova a circa 30.000 anni-luce rispetto al centro della Galassia, è dotata di un sistema planetario vecchio di circa 4,56 miliardi di anni.

    Ma quando sono nate le prime stelle nella Galassia e quanto è vecchia la Via Lattea?

    [inline: 1=Immagine - 1 - La via Lattea verso la costellazione del Sagittario] Immagine - 1 - La via Lattea verso la costellazione del Sagittario.

    Lo studio della formazione e dell'evoluzione della Galassia è importante per capire l'evoluzione dell'Universo in generale.

    L'astronomia moderna è oggi in grado di dare una stima dell'età di certe stelle, cioè il loro periodo di vita da quando si sono formate per contrazione gravitazionale di nubi interstellari formate da gas e polveri.

    Alcune stelle sono "giovani" in termini astronomici, come ad esempio quelle che si trovano nella Nebulosa di Orione che hanno appena alcuni milioni di anni.

    Le stelle invece più vecchie della Via Lattea si trovano negli ammassi stellari ed in particolare negli "ammassi globulari", così chiamati a causa della loro forma sferica.

    Gli ammassi globulari sono raggruppamenti molto densi di stelle che possono contenere ciascuno centinaia di migliaia o, in alcuni casi, centinaia di milioni di stelle.

    Gli ammassi globulari della nostra Galassia si trovano nell'alone galattico sferico e contengono stelle vecchie della Popolazione II. Nella Galassia si conoscono circa 150 ammassi globulari.

    Le stelle che appartengono ad un ammasso globulare sono nate insieme, dalla stessa nube interstellare e nella stessa epoca.

    Ora dato che stelle con masse diverse evolvono in maniera differente, è possibile determinare l'età degli ammassi globulari con una buona accuratezza. Si è trovato che gli ammassi globulari più vecchi hanno una età di circa 13 miliardi di anni.

    Le stelle degli ammassi globulari non sono però le prime stelle che si sono formate nella Galassia.

    Questo è noto perché esse contengono piccole quantità di elementi chimici che si devono essere formati a epoche ancora più remote causate dall'esplosione di stelle massive in supernovae dopo una vita breve e violenta.

    Il materiale trasformato è stato perciò depositato nelle nubi da cui si sono formate le stelle delle generazioni successive.

    La ricerca delle stelle della prima generazione è molto difficile e complicata e fino ad oggi non si sa quando esse si siano formate.

    L'unica cosa che si può dire è che la Galassia deve essere più vecchia delle stelle appartenenti ai più vecchi ammassi globulari.

    Ma quanto più vecchia?

    Gli astrofisici utilizzano un metodo per stimare l'intervallo di tempo tra la formazione delle prime stelle della Via Lattea, di cui alcune sono diventate supernovae, ed il momento in cui le stelle negli ammassi globulari, di cui è nota l'età, si sono formate.

    La somma di questo intervallo di tempo e l'età delle stelle degli ammassi globulari dovrebbe risultare nell'età della Galassia.

    Le osservazioni fatte con il telescopio VLT(Very Large Telescope) dell'European Southern Observatory (ESO) hanno permesso di ottenere il risultato cercato, cioè la stima dell'età della Galassia.

    L'elemento fondamentale in questa ricerca è stato il berillio.

    [inline: 2=Immagine - 2 - I quattro telescopi dell'Eso che formano il Vlt] Immagine - 2 - I quattro telescopi dell'Eso che formano il Vlt. I nomi dei telescopisono Antu, Kueyen, Melipal, Yepun.

    Il berillio è uno degli elementi più leggeri, il nucleo dell'isotopo più comune e più stabile consiste di 4 protoni e 5 neutroni (berillio-9).

    L'idrogeno, l'elio e il litio sono più leggeri.

    Mentre questi ultimi sono stati prodotti duranti le fasi iniziali del Big-Bang e la maggior parte degli elementi più pesanti sono stati sintetizzati nei nuclei delle stelle, il berillio-9 è stato prodotto dalla frammentazione di nuclei pesanti, originatesi dalle supernovae e chiamati "raggi cosmici galattici", con i nuclei leggeri (protoni, particelle alfa, cioè nuclei di idrogeno ed elio) nel mezzo interstellare.

    I raggi cosmici galattici, guidati dalle linee di forza del campo magnetico, hanno attraversato tutta la Galassia durante le sue fasi iniziali, e hanno prodotto una grande quantità di berillio che cresceva col passare del tempo creando una sorta di "orologio cosmico".

    Più lungo è stato il tempo trascorso dalla formazione delle prime stelle e la formazione delle stelle negli ammassi globulari, più elevato è risultato il contenuto di berillio nel mezzo interstellare, da cui le stelle degli ammassi globulari si sono successivamente formate.

    La quantità di berillio misurata nelle stelle degli ammassi globulari può allora fornirci una informazione importante sulle fasi iniziali dell'evoluzione della Via Lattea.

    Il problema principale nella determinazione della quantità di berillio è che esso viene distrutto a temperature superiori a qualche milione di gradi.

    Quando una stella evolve verso la fase di gigante, si instaura il moto di convezione della materia, per cui il gas che si trova negli strati superficiali dell'atmosfera stellare viene in contatto con il gas più caldo degli strati più interni e perciò tutto il berillio che si trovava nell'atmosfera stellare più esterna viene distrutto.

    Per utilizzare il berillio come "orologio cosmico" occorre misurare il contenuto di questo elemento in stelle meno massive e meno evolute presenti negli ammassi globulari.

    Un ulteriore problema è che queste stelle sono intrinsecamente deboli.

    Il problema della misura del berillio si può schematizzare in tre punti:

    1. tutti gli ammassi globulari sono molto distanti e, dato che le stelle meno massive sono deboli, anche gli ammassi appaiono deboli nel cielo;
    2. esistono solo due segni della presenza del berillio (linee spettrali) che appaiono deboli negli spettri stellari, dato che la quantità di berillio è minima;
    3. le righe del berillio sono situate alla lunghezza d'onda di 313 nm, cioè nella parte ultravioletta dello spettro elettromagnetico dove è forte l'assorbimento dovuto all'atmosfera terrestre, vicino al punto limite di 300 nm al di sotto del quale tutte le osservazioni da Terra non sono possibili.

    Grazie allo spettrometro UVES montato al telescopio Kuyen di 8,2 m del Very Large Telescope (VLT) dell'ESO, situato all'Osservatorio Paranal del Cile, particolarmente sensibile alla luce ultravioletta, è stato possibile ottenere da un gruppo di ricercatori, tra i quali anche astronomi italiani, alcune misure del contenuto di berillio presente in due stelle dell'ammasso globulare NGC 6397, situato alla distanza di circa 7.200 anni-luce nella costellazione dell'Ara osservabile nell'emisfero australe.

    NGC 6397 è uno dei due ammassi globulari più vicini, l'altro è Messier 4.

    [inline: 3=Immagine - 3 - L'ammasso globulare NGC 6397] Immagine - 3 - L'ammasso globulare NGC 6397 ©ESO.

    La quantità di berillio misurata si sarebbe accumulata nel corso di 200-300 milioni di anni e questa misura dà una stima per l'età della Via Lattea di 13,6 miliardi di anni, con un errore di più o meno 800 milioni di anni.

    Entro le incertezze, questo valore della stima dell'età della Galassia è consistente con l'età dell'Universo, 13,7 miliardi di anni, ottenuta recentemente dalle osservazioni del satellite WMAP.

    Questo vuol dire che le stelle di prima generazione della Via Lattea si sono fomate al termine della cosiddetta "Età Scura", circa 200 milioni di anni dopo il Big-Bang.

    In conclusione, sembrerebbe che la Galassia sia uno dei membri appartenenti alla popolazione iniziale delle galassie quando cioè si è formato l'Universo.

    Sitografia

    ESO - European Southern Observatory www.eso.org



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