Galassie Starburst: focolai di formazione stellare

L’universo è pieno di galassie, anch’esse piene di stelle. Ad un certo punto della sua vita, ogni galassia è stata irta di formazione stellare in vaste nubi di idrogeno gassoso. Ancora oggi, alcune galassie sembrano avere una quantità di attività di nascita stellare superiore al normale e gli astronomi vogliono sapere perché. C’erano così tante stelle nate in alcune galassie in epoche precedenti che probabilmente sembravano esplosioni di fuochi d’artificio cosmici. Gli astronomi si riferiscono a questi focolai di nascita stellare come “galassie starburst”.

Le galassie Starburst hanno tassi di formazione stellare insolitamente alti e quelle esplosioni durano per un breve periodo durante la lunga vita della galassia. Questo perché la formazione stellare brucia molto rapidamente attraverso le riserve di gas della galassia.

È probabile che l’improvvisa esplosione della nascita di una stella sia innescata da un evento specifico. Nella maggior parte dei casi, una fusione di galassie fa il trucco. È allora che due o più galassie si uniscono in una lunga danza gravitazionale e alla fine si fondono insieme. Durante la fusione, i gas di tutte le galassie coinvolte si mescolano insieme. La collisione invia onde d’urto attraverso quelle nubi di gas, che comprimono i gas e scatenano esplosioni di formazione stellare. 

Proprietà delle galassie Starburst

Le galassie Starburst non sono un “nuovo” tipo di galassia, ma piuttosto semplicemente una galassia (o galassie mescolate) in una particolare fase della loro evoluzione. Anche così, ci sono alcune proprietà che si manifestano nella maggior parte delle galassie starburst:

  • un tasso di formazione stellare molto rapido. Queste galassie produrranno stelle a velocità ben al di sopra della velocità media della maggior parte delle galassie “regolari”;
  • disponibilità di gas e polveri. Alcune galassie possono avere tassi di formazione stellare superiori al normale semplicemente a causa dei loro elevati volumi di gas e polvere. Tuttavia, alcune galassie starburst non hanno le riserve per giustificare il motivo per cui avrebbero tassi di formazione stellare così elevati, quindi le fusioni potrebbero non essere l’unica spiegazione;
  • il tasso di formazione stellare non è coerente con l’età della galassia. Il punto principale è che l’attuale tasso di formazione stellare non avrebbe potuto essere costante dalla formazione della galassia data la sua età. Una galassia più vecchia semplicemente non avrebbe abbastanza gas rimasto per mantenere l’azione della nascita stellare per miliardi di anni. In alcune galassie starburst gli astronomi vedono un improvviso scoppio di nascita stellare, e spesso la spiegazione è una fusione o un incontro casuale con un’altra galassia.

Gli astronomi a volte confrontano anche il tasso di formazione stellare in una galassia rispetto al suo periodo di rotazione. Se, ad esempio, la galassia esaurisce tutto il suo gas disponibile durante una rotazione della galassia (dato l’alto tasso di formazione stellare), allora può essere considerata una galassia starburst. La Via Lattea ruota una volta ogni 220 milioni di anni; alcune galassie vanno molto più lente, altre più veloci.

Un altro metodo ampiamente accettato per vedere se una galassia è un’esplosione di stelle è confrontare il tasso di formazione stellare con l’età dell’universo. Se il tasso attuale esaurisse tutto il gas disponibile in meno di 13.7 miliardi di anni, allora è possibile che una data galassia possa trovarsi in uno stato di esplosione di stelle. 

Immagine annotata che mostra caratteristiche simili a palpebre che esplodono di stelle nella galassia IC 2163. Uno tsunami di stelle e gas innescato da una collisione con la galassia NGC 2207 (una parte del suo braccio a spirale è mostrata sul lato destro dell’immagine). L’immagine di ALMA del monossido di carbonio (arancione), che ha rivelato il movimento del gas in queste caratteristiche, è mostrata sopra l’immagine di Hubble (blu) della galassia.
M. Kaufman; B. Saxton (NRAO / AUI / NSF); ALMA (ESO / NAOJ / NRAO); Telescopio spaziale Hubble della NASA / ESA

Tipi di galassie Starburst

L’attività dello starburst può verificarsi in galassie che vanno da spirali a irregolari. Gli astronomi che studiano questi oggetti li classificano in sottotipi che aiutano a descrivere la loro età e altre caratteristiche. I tipi di galassia Starburst includono:

  • Galassie Wolf-Rayet: definite dal loro rapporto di stelle luminose che rientrano nella classificazione Wolf-Rayet. Le galassie di questo tipo hanno regioni di forte vento stellare, guidate dalle stelle Wolf-Rayet. Quei mostri stellari sono incredibilmente massicci e luminosi e hanno tassi molto alti di perdita di massa. I venti che producono possono entrare in collisione con regioni di gas e guidare una rapida formazione stellare.
  • Galassie compatte blu: galassie di piccola massa che un tempo si pensava fossero giovani galassie, che stanno appena iniziando a formare stelle. Tuttavia, di solito contengono popolazioni di stelle molto antiche. Questo di solito è un buon indizio del fatto che la galassia è piuttosto vecchia. Gli astronomi ora sospettano che le galassie compatte blu siano in realtà il risultato di fusioni tra galassie di età diverse. Una volta che entrano in collisione, l’attività dello starburst aumenta e illumina le galassie.
  • Galassie luminose a infrarossi: galassie oscure e nascoste difficili da studiare perché contengono alti livelli di polvere che possono oscurare l’osservazione. Tipicamente la radiazione infrarossa rilevata dai telescopi viene utilizzata per penetrare la polvere. Ciò fornisce indizi per una maggiore formazione stellare. È stato scoperto che alcuni di questi oggetti contengono più buchi neri supermassicci, che possono arrestare la formazione stellare. L’aumento della nascita di stelle in tali galassie deve essere il risultato di una recente fusione di galassie.

Causa dell’aumento della formazione stellare

Sebbene la fusione delle galassie sia individuata come la causa principale della nascita di stelle in queste galassie, i processi esatti non sono ben compresi. In parte, ciò è dovuto al fatto che le galassie starburst sono disponibili in molte forme e dimensioni, quindi potrebbe esserci più di una condizione che porta ad un aumento della formazione stellare. Tuttavia, affinché una galassia starburst si formi, deve esserci molto gas disponibile per generare le nuove stelle. Inoltre, qualcosa deve disturbare il gas, per iniziare il processo di collasso gravitazionale che porta alla creazione di nuovi oggetti. Questi due requisiti hanno portato gli astronomi a sospettare che le fusioni di galassie e le onde d’urto siano due processi che possono portare a galassie starburst. 

Centaurus Una galassia ha un enorme buco nero nel suo cuore che sta attivamente divorando materiale. Le azioni di tali nuclei galattici attivi possono svolgere un ruolo negli starburst nelle galassie.
 ESO / WFI (ottico); MPIfR / ESO / APEX / A. Weiss et al. (Submillimetre); NASA / CXC / CfA / R. Kraft et al. (Raggi X)

Altre due possibilità per la causa delle galassie starburst includono:

  • Nuclei galattici attivi (AGN): praticamente tutte le galassie contengono un buco nero supermassiccio nel loro nucleo. Alcune galassie sembrano essere in uno stato di elevata attività, in cui il buco nero centrale sta espellendo enormi quantità di energia. Ci sono molte prove per dimostrare che la presenza di un tale buco nero può smorzare l’attività di formazione stellare. Tuttavia, nel caso di questi cosiddetti nuclei galattici attivi, possono anche, nelle giuste condizioni, innescare una rapida formazione stellare poiché l’accrescimento di materia in un disco e la sua eventuale espulsione dal buco nero possono creare onde d’urto che potrebbero innescarsi formazione stellare.
  • Elevati tassi di supernova: le supernove sono eventi violenti. Se la velocità delle esplosioni aumenta a causa della presenza di un numero molto elevato di stelle che invecchiano in un’area compatta, le onde d’urto risultanti possono iniziare un rapido aumento della formazione stellare. Tuttavia, questo un evento del genere per accadere le condizioni dovrebbero essere ideali; più che nelle altre possibilità elencate qui.

Una supernova può spingere nuvole di gas nelle vicinanze intorno a stimolare quantità limitate di nascita di stelle. Questa supernova è mostrata in una vista del telescopio spaziale Hubble del residuo di supernova della Nebulosa del Granchio.
NASA / ESA / STScI

Le galassie Starburst rimangono un’area attiva di indagine da parte degli astronomi. Più ne trovano, meglio gli scienziati possono descrivere le condizioni reali che portano alle esplosioni luminose della formazione stellare che popolano queste galassie. 

Modificato e aggiornato da Carolyn Collins Petersen.