ALMA ha scoperto che la turbolenza domina i campi magnetici nelle “sementi” delle stelle massicce, riscrivendo i modelli classici di formazione stellare.
Le stelle massicce, quelle con una massa superiore a otto volte quella del Sole, sono protagoniste fondamentali dell’evoluzione galattica. Attraverso la loro intensa radiazione ultravioletta, i potenti venti stellari, la produzione di elementi pesanti e le successive esplosioni come supernove, queste stelle contribuiscono a plasmare la struttura e l’evoluzione delle galassie. Eppure, la comunità astronomica non ha ancora compreso pienamente come queste gigantesche stelle nascano nei loro vivai stellari.
Come si formano?
Le stelle massicce si formano in protocluster che emergono dal collasso gerarchico e dalla frammentazione di nubi molecolari. Le grandi nubi si dividono in strutture sempre più piccole, note come grumi, nuclei e, infine, condensazioni compatte, che hanno tipicamente una dimensione di circa 0,01 parsec. Queste condensazioni sono le strutture progenitrici immediate dei dischi protostellari e possono collassare per formare una singola stella o un sistema stellare multiplo ravvicinato. Da tempo i campi magnetici sono ritenuti i principali regolatori di questo processo: il gas può collassare più facilmente lungo le linee del campo magnetico che perpendicolarmente ad esse, producendo strutture che tendono ad allungarsi perpendicolarmente al campo.
Il più grande studio di polarizzazione della polvere con ALMA
Per fare luce su questo fenomeno, un team internazionale guidato da Junhao Liu, dell’Università di Nanchino, ha analizzato le osservazioni dello studio MagMaR (Magnetic Fields in Massive Star-forming Regions). Lo studio ha utilizzato ALMA per mappare l’emissione polarizzata della polvere in 30 regioni di formazione di stelle massicce della Via Lattea, il più grande studio di polarizzazione della polvere mai realizzato con ALMA. La combinazione di sensibilità e risoluzione angolare di ALMA ha permesso al team di tracciare le strutture dei campi magnetici con risoluzioni fisiche comprese tra 500 e 2.000 unità astronomiche.
La scoperta: la turbolenza vince sul magnetismo
I risultati sono sorprendenti: a queste piccole scale, le condensazioni tendono ad allungarsi in direzione parallela ai loro campi magnetici locali. Ciò è l’opposto della relazione ampiamente osservata in nubi e grumi di dimensioni maggiori. Il confronto con simulazioni magnetoidrodinamiche tridimensionali ha chiarito il quadro: nelle simulazioni in cui la turbolenza dominava inizialmente sul campo magnetico, si produceva l’allineamento prevalentemente parallelo osservato da ALMA. Come spiega lo stesso Liu: “Mentre i campi magnetici ordinati strutturano chiaramente le nubi molecolari giganti e i grumi a grande scala, i nostri risultati mostrano che perdono la battaglia contro la turbolenza caotica quando si tratta di formare singole stelle e cluster.”
Implicazioni: dischi più grandi e sistemi stellari multipli
La scoperta ha conseguenze anche sulla formazione dei dischi protostellari: il team di ricerca ha trovato evidenze statistiche che i campi magnetici tendono ad essere disallineati rispetto agli assi di rotazione delle condensazioni. Un disallineamento tra il campo magnetico e l’asse di rotazione può ridurre l’efficienza della frenata magnetica, processo mediante il quale i campi magnetici eliminano il momento angolare del gas in rotazione. Una frenata meno efficiente potrebbe facilitare la formazione di dischi protostellari grandi e massicci.
In sintesi, i campi magnetici potrebbero contribuire a organizzare le grandi nubi in cui nascono le stelle massicce, mentre la turbolenza acquista importanza crescente nel plasmare le condensazioni compatte che precedono direttamente le stelle e i sistemi stellari. Si tratta di un mutamento di paradigma che riscrive la nostra comprensione della nascita delle stelle più potenti dell’Universo.
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