Un tesoro di dati è pronto per rispondere ad alcune grandi domande sulla nostra galassia.
I dati, compilati dalla missione Gaia dell’Agenzia spaziale europea, contengono una quantità senza precedenti di informazioni su oltre 1 miliardo degli oggetti più luminosi del cielo. Gli astronomi sperano che i nuovi dati, che saranno rilasciati il 13 giugno, aiuteranno a risolvere alcuni importanti misteri sulla nascita e la vita della Via Lattea e delle stelle in essa contenute.
La missione Gaia è stata lanciata nel 2013 ed è nota per aver creato la mappa più dettagliata della Via Lattea tracciando posizioni, distanze e velocità precise di quasi 2 miliardi di stelle. Il prossimo set di dati aggiungerà una nuova dimensione: rivelerà le composizioni chimiche di decine di milioni di stelle, consentendo agli astronomi di rispondere a domande importanti.
In bilico intorno a Lagrange Point 2 (non troppo lontano da un’altra missione rivoluzionaria, il James Webb Space Telescope), Gaia scansiona l’intero cielo ogni due mesi circa. I 2 miliardi di oggetti celesti che il telescopio vede costituiscono solo l’1% circa del totale delle stelle della Via Lattea. Ma con l’aiuto di sofisticati algoritmi informatici e molte conoscenze scientifiche, gli astronomi possono estrapolare queste misurazioni per conoscere la galassia nel suo insieme.
Ecco alcuni dei misteri più affascinanti che gli esploratori della Via Lattea sono ansiosi di svelare con i nuovi dati.
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1. Da dove vengono le stelle?
Misurando le posizioni precise, le distanze e le velocità di grandi quantità di stelle, Gaia fa molto di più che mappare la Via Lattea come è oggi. Poiché gli oggetti nell’universo seguono le regole della fisica, gli astronomi possono modellare le traiettorie passate di quelle stelle ed essenzialmente riprodurre il film della Via Lattea avanti e indietro di milioni, o addirittura miliardi, di anni. Ma ciò era già possibile con i dati rilasciati in precedenza. Con il nuovo set di dati, gli astronomi potranno cercare di più.
Per la prima volta, il team della missione Gaia rilascerà quelli che chiamano “parametri astrofisici” per mezzo miliardo di stelle. Questi parametri, derivati dagli spettri di luce delle stelle misurati da Gaia (che sono essenzialmente le impronte digitali di come queste stelle assorbono la luce), rivelano informazioni sulla composizione chimica, massa, età, temperatura e luminosità di ciascuna delle stelle misurate. E questo è un grosso problema, ha detto a Space.com lo scienziato del progetto Gaia Jos de Bruijne.
“Conoscerai davvero le stelle”, ha detto De Bruijne. “In pratica ti dicono chi sono. È come avere un gruppo anonimo di 500 milioni di persone e ora puoi conoscerle tutte: i loro nomi, quanti anni hanno, da dove vengono”.
Per 30 milioni di queste stelle, Gaia ha misurato la composizione chimica delle atmosfere stellari, che è identica alla composizione chimica delle nubi molecolari in cui queste stelle sono nate miliardi di anni fa, ha detto De Bruijne. Combinando le informazioni sulla composizione chimica con la modellazione delle traiettorie stellari, gli astronomi saranno in grado di tracciare gruppi di stelle verso i loro luoghi di nascita all’interno (ma anche all’esterno) della Via Lattea.
“È davvero unico che ora possiamo farlo con un numero così alto di stelle”, ha detto De Bruijne. “È qualcosa che altrimenti sarebbe davvero difficile e costoso da fare con i telescopi terrestri, poiché richiede molto tempo”.
2. In che modo la galassia “si appende” insieme?
Anche se Gaia ha scansionato la Via Lattea dal 2014, ci sono ancora molte cose che gli astronomi non capiscono della galassia. Studiare la nostra casa galattica non è un compito facile. Poiché siamo all’interno della galassia, non possiamo “vedere la foresta per gli alberi”. È impossibile anche per Gaia scrutare attraverso le dense nubi di polvere e gas che oscurano il centro della Via Lattea (dove si annida il buco nero supermassiccio Sagittarius A* recentemente fotografato) dall’altra parte del disco galattico.
Ma attraverso il graduale miglioramento dei dati di Gaia – e con l’aiuto di altre tecniche di osservazione, come la radioastronomia – il quadro generale sta venendo insieme, pezzo per pezzo. Ciò significa che ci stiamo avvicinando alla risoluzione di alcuni dei grandi enigmi, inclusa la distribuzione della materia oscura nella galassia.
“Tutte le cose nella galassia stanno esercitando gravità su ogni stella, e questa gravità determina la velocità con cui si muove la stella”, ha detto De Bruijne. “Quindi, misurando i movimenti delle stelle, sondate anche la distribuzione della materia nella Via Lattea. E questo è davvero importante per capire come la galassia è sospesa insieme”.
Una delle persistenti incertezze relative alla distribuzione delle stelle nella Via Lattea è la struttura a spirale caratteristica della galassia. Gli astronomi per lo più concordano sul fatto che la Via Lattea abbia quattro bracci a spirale, i densi flussi tortuosi di stelle e gas che sembrano emanare dal centro della galassia. Ma ci sono parecchi punti di contesa attorno a questi bracci a spirale: gli astronomi discutono ancora delle dimensioni e dell’importanza dei singoli bracci, nonché della loro posizione esatta nel disco della Via Lattea. I nuovi dati potrebbero aiutare a rivelare la struttura a spirale con maggiore chiarezza.
“Con i parametri astrofisici che abbiamo ora, possiamo creare direttamente campioni di stelle per casi scientifici specifici”, ha detto De Bruijne. “Sappiamo che le braccia a spirale sono per lo più composte da stelle giovani. È lì che si formano le stelle. Quindi, con i nuovi dati, possiamo guardare, ad esempio, stelle che non hanno più di 100 milioni di anni”. (In termini stellari, 100 milioni di anni sono l’infanzia. Per fare un confronto, il nostro sole ha 4,6 miliardi di anni e morirà tra 5 miliardi di anni.)
Ancora una volta, Gaia non vede solo i bracci a spirale come sono oggi; permette agli astronomi di modellare l’evoluzione delle armi nel passato e nel futuro.
Con i nuovi dati, gli astronomi saranno in grado di guardare più lontano dal sole, campionando così direttamente una porzione più ampia dei bracci a spirale della galassia, Anthony Brown, astronomo dell’Università di Leiden nei Paesi Bassi e presidente del Gaia Data Processing and Analysis Consortium , ha detto a Space.com. Tuttavia, comprendere la galassia nel suo insieme rimarrà una sfida.
3. Cosa è successo durante l'”infanzia” della Via Lattea?
Le misurazioni di Gaia consentono agli astronomi di eseguire quella che chiamano “archeologia galattica”. Ricostruendo le traiettorie di milioni di stelle, possono conoscere eventi accaduti in un lontano passato, miliardi di anni fa. Questi eventi comportano collisioni catastrofiche con altre galassie, le cui increspature possono essere osservate nella galassia fino ad oggi.
Una delle scoperte più famose emerse dai precedenti rilasci di dati di Gaia è stata la collisione con una galassia più piccola chiamata Gaia Enceladus, avvenuta da 8 miliardi a 11 miliardi di anni fa. A quel tempo, la Via Lattea era molto più piccola di oggi, e quando divorò l’intruso più piccolo, subì notevoli sconvolgimenti. Brown ha detto che la collisione con Gaia Enceladus è stata “l’ultima fusione significativa che la Via Lattea ha subito” nella sua infanzia violenta. Spera che con il nuovo set di dati, gli astronomi saranno in grado di guardare più indietro nella storia della galassia e tracciare alcune delle collisioni ancora precedenti.
“Abbiamo già visto alcuni autori cercare di guardare più di 10 miliardi di anni nel passato ai primi accenni della formazione della Via Lattea, circa 12 [billion] o 13 miliardi di anni fa”, ha detto Brown. “Con la nuova versione, dovremmo essere in grado di farlo molto meglio, grazie alle informazioni astrofisiche che rilasceremo. Ora che conosciamo l’età e la composizione chimica delle stelle, possiamo capire l’ordine temporale in cui sono accaduti gli eventi e possiamo anche vedere da dove provenivano originariamente le stelle”.
La Via Lattea continua a divorare le galassie più piccole fino ad oggi. Le due galassie nane conosciute come la Grande Nube di Magellano e la Piccola Nube di Magellano, che orbitano intorno alla periferia della Via Lattea, saranno un giorno completamente inghiottite dalla Via Lattea, secondo i modelli. I resti di altre galassie nane possono essere rintracciati nei dati di Gaia sotto forma di flussi stellari sparsi sull’alone della Via Lattea, ha detto Brown.
Proprio come è emersa da violente collisioni, la Via Lattea un giorno morirà di morte violenta. Tra circa 4,5 miliardi di anni, la Via Lattea entrerà in collisione con il suo vicino galattico più vicino, la galassia di Andromeda. Si prevede che questa collisione avvenga all’incirca nello stesso momento della morte del sole, quindi è improbabile che l’umanità sia in giro per vederlo. La nuova versione dei dati di Gaia potrebbe, infatti, fare luce su questo evento catastrofico, ha detto Brown.
4. Cosa c’è che non va nel disco della Via Lattea?
I primi dati di Gaia hanno rivelato che il disco della Via Lattea è deformato, piuttosto che piatto. Oscilla anche come una trottola mentre ruota attorno al centro della galassia. Gli astronomi pensano che questa oscillazione sia il risultato di un incidente galattico non molto distante.
Brown spera che i nuovi dati facciano più luce su questo disturbo e sulle sue origini. L’imminente rilascio di dati conterrà informazioni sul movimento di oltre 30 milioni di stelle nella linea di vista di Gaia, ovvero la velocità con cui si avvicinano o si allontanano dal telescopio o la cosiddetta velocità radiale. Le versioni precedenti contenevano velocità radiali di soli 7 milioni di stelle. Più informazioni hanno gli astronomi, più fini sono i dettagli che i loro strumenti di analisi possono rivelare sulla galassia.
“Possiamo provare a misurare [the disturbance] in diverse posizioni della galassia o guarda come influisce su determinati tipi di stelle”, ha detto Brown. “E questo ci dice molto su cosa, esattamente, ha causato il disturbo del disco della Via Lattea. Questo è il tipo di cosa che puoi iniziare a fare con questo campione di dati molto più esteso”.
E altro deve ancora venire
Gaia è attualmente la missione scientifica che genera più articoli scientifici e, secondo De Bruijne, il meglio deve ancora venire. Il dump dei dati del 13 giugno conterrà anche la più grande serie di informazioni mai vista sui sistemi stellari binari nella Via Lattea e De Bruijne prevede che i dati genereranno scoperte rivoluzionarie.
Inoltre, Gaia ha assemblato il più grande database di composizioni chimiche di asteroidi nel sistema solare. Il consorzio che elabora le misurazioni di Gaia sta sviluppando algoritmi sempre migliori che consentono agli scienziati di saperne di più sulle stelle che Gaia vede. La missione continuerà a scansionare il cielo fino al 2025, quando finirà il carburante. Si prevede che altre due versioni di big data seguiranno quella del 13 giugno e porteranno nuove sorprese, tra cui migliaia di esopianeti appena scoperti, ha detto De Bruijne.
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