Strani ammassi globulari

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Osservazioni della galassia ellittica gigante Centaurus A effettuate con il Very Large Telescope hanno permesso di individuare una nuova classe di ammassi globulari di massa insolitamente elevata. Al loro interno si potrebbero nascondere buchi neri supermassicci oppure una notevole (e inattesa) quantità di materia oscura. Situazioni entrambe impreviste e difficili da inquadrare in ciò che sappiamo di questi importanti agglomerati di stelle. 

Gli ammassi globulari sono molto importanti per gli astronomi. Questi agglomerati sferoidali di centinaia di migliaia di stelle, infatti, oltre a costituire una sfida per le analisi orbitali di un numero così elevato di oggetti tenuti insieme dalla reciproca gravità, sono anche i più antichi sistemi stellari dell’Universo. La loro origine risale all’epoca iniziale della formazione delle stesse strutture galattiche o forse, addirittura, la precede.
Tutte le galassie hanno la loro corte più o meno numerosa di ammassi globulari. Molti di essi sono stati requisiti a galassie più piccole che, soccombendo alla legge del più forte, sono state fagocitate dalle galassie più massicce, lasciando gli ammassi quali testimonianze concrete del violento cammino evolutivo che caratterizza i sistemi stellari. Anche la nostra Galassia ha la sua pattuglia di ammassi globulari. Ne sono noti quasi 160 e si presume che un'ulteriore ventina di ammassi siano finora sfuggiti a ogni individuazione, nascosti da spesse nubi di gas e polveri.

Decisamente molto più ricca, su questo versante, la galassia NGC 5128. Nota anche con il nome di Centaurus A, questa galassia ellittica gigante che dista da noi circa 12 milioni di anni luce ospita un sistema di ammassi globulari incredibilmente affollato. Di 560 dei suoi ammassi globulari possediamo dati attendibili sulle velocità orbitali che li caratterizzano, ma sappiamo che nella regione che circonda Centaurus A ve ne possono essere tra i 600 e i 1400 ancora da individuare o confermare. 

Per indagare più a fondo su questi ammassi, il team di Matthew Taylor - studente di dottorato presso la Pontificia Universidad Catolica de Chile e titolare di una borsa dell'ESO - ha fatto ricorso al Very Large Telescope (VLT) e all’innovativo e potentissimo spettrografo FLAMES (Fibre Large Array Multi Element Spectrograph) che equipaggia la UT2 del VLT, l’unità nota più famigliarmente con il nome di Kueyen, termine con il quale nel linguaggio Mapuche viene indicata la Luna. L’obiettivo dello studio di Taylor era quello di riuscire a determinare la massa di un campione di questi sistemi stellari per poi metterla in relazione con la loro luminosità. Grazie alle potenzialità di FLAMES - in grado di osservare simultaneamente oltre 100 ammassi - si possono infatti raccogliere informazioni accurate sul moto delle stelle che gravitano nell’ammasso e, da queste, ottenere una stima della sua massa complessiva (gli astronomi parlano in questo caso di massa dinamica).
La ricerca di Taylor e collaboratori ha riguardato 125 ammassi di Centaurus A ed è stata pubblicata a metà maggio su The Astrophysical Journal (a questo link si può accedere al paper completo). Proprio come ci si attendeva, per la maggior parte degli ammassi analizzati emerge uno stretto legame tra la luminosità e le stime della massa. Un legame assolutamente logico e comprensibile: non stupisce, infatti, che un ammasso composto da un maggior numero di stelle possa apparire più massiccio e anche più luminoso. Dai dati analizzati dal team di Taylor sono però emerse anche situazioni davvero inattese, tanto da indurre i ricercatori a ipotizzare l’esistenza di una classe di ammassi globulari finora sconosciuta.
Per alcuni ammassi globulari di Centaurus A, infatti, i dati indicano una massa più grande di quanto possa testimoniare la loro luminosità e - situazione ancora più sconcertante - più quegli ammassi sono massicci, maggiore è la frazione di materia che non emette luce. E’ come se quegli ammassi ospitino o nascondano qualcosa di scuro e massiccio.

La prima e più immediata ipotesi vagliata dai ricercatori è stata quella della presenza nella regione più interna dell’ammasso di buchi neri o relitti stellari non luminosi. Una presenza certamente in grado di spiegare parte della massa invisibile, ma per la quale i ricercatori stessi suggeriscono la necessità di valutazioni più accurate e approfondite, tenendo conto - per esempio - dei tempi che caratterizzano i possibili meccanismi di espulsione dei residui stellari dalle regioni più interne dell’ammasso. Sul banco degli indagati viene chiamata anche la materia oscura, l’elusiva componente di galassie e ammassi di galassie rilevabile unicamente per la sua azione gravitazionale sulla materia ordinaria (a questo link un istruttivo video a cura dell’INFN). Finora si è sempre pensato che gli ammassi globulari non contenessero questa componente esotica, ma l’anomala situazione emersa tra gli ammassi di Centaurus A studiati da Taylor potrebbe suggerire che, per qualche meccanismo ancora tutto da scoprire, le regioni centrali di alcuni ammassi globulari ne possano aver conservato quantità significative. Un’ipotesi che potrebbe spiegare le osservazioni, ma metterebbe un po’ in difficoltà le teorie convenzionali riguardanti la formazione e la struttura stessa degli ammassi globulari.
Finora tutti gli ammassi globulari, complice il loro aspetto esteriore piuttosto uniforme, sono stati considerati come elementi di un’unica famiglia. La situazione in Centaurus A, però, potrebbe indicare la possibilità di differenti famiglie, ciascuna caratterizzata da una sua storia evolutiva.

Significativo il commento di Taylor: «Gli ammassi globulari e le stelle che li compongono sono la chiave per capire la formazione e l'evoluzione delle galassie. Per decenni gli astronomi hanno pensato che le stelle che formavano un dato ammasso globulare condividessero età di formazione e composizione chimica, ma ora sappiamo che sono creature più strane e più complicate. Siamo inciampati in una nuova e misteriosa classe di ammassi stellari! Questo mostra che abbiamo ancora molto da imparare su tutti gli aspetti della formazione degli ammassi globulari. E’ un risultato importante e ora dobbiamo trovare altri esempi di questi ammassi scuri intorno ad altre galassie.»

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