La Galassia del Mulino, conosciuta anche come Messier 51, è stata recentemente oggetto di uno studio rivoluzionario che ha permesso di mappare, per la prima volta, le firme individuali di nubi di gas fredde e dense, luoghi di formazione stellare, in una galassia al di fuori della Via Lattea. Un team internazionale di ricerca guidato da astronomi del Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) ha mappato con dettagli senza precedenti queste regioni di gas freddo e denso, le future nursery stellari, utilizzando l’interferometro NOEMA. Queste osservazioni coprono un’ampia area all’interno della galassia, fornendo una visione approfondita delle condizioni variabili favorevoli alla formazione stellare. I dati rappresentano un traguardo significativo in questo tipo di misurazione, consentendo ai ricercatori di esaminare le prime fasi della formazione stellare al di là della Via Lattea su scale così minute come singole nubi di gas che danno vita a stelle.
Molecole come sonde chimiche
Gli astronomi impiegano tipicamente molecole come HCN (cianuro di idrogeno) e N2H+ (diazenilio) come sonde chimiche per esplorare la formazione stellare all’interno della Via Lattea. “Ma solo ora siamo stati in grado di misurare queste firme in grande dettaglio su un’ampia gamma all’interno di una galassia al di fuori della Via Lattea, coprendo varie zone con condizioni diverse,” spiega Eva Schinnerer, leader del gruppo di ricerca al MPIA. “Già a prima vista, è evidente che mentre le due molecole rivelano efficacemente il gas denso, rivelano anche interessanti differenze.”
Attraverso collisioni con le abbondanti molecole di idrogeno, che sono di per sé difficili da rilevare, altre molecole vengono messe in rotazione. Dopo una riduzione della velocità di rotazione, emettono radiazioni con lunghezze d’onda caratteristiche, approssimativamente tre millimetri per le molecole sopra menzionate.
Le proprietà del gas dipendono dall’ambiente
Osservando questa galassia da una distanza di circa 28 milioni di anni luce, possiamo distinguere le firme di singole nubi di gas in diverse aree, come il centro e le braccia a spirale. ”Abbiamo sfruttato questa circostanza per determinare quanto bene i due gas tracciano le nubi dense in questa galassia per noi e se sono ugualmente adatti,” spiega Stuber.
Mentre l’intensità della radiazione di cianuro di idrogeno e diazenilio aumenta e diminuisce costantemente attraverso le braccia a spirale, fornendo risultati ugualmente affidabili per determinare la densità del gas, gli astronomi trovano una notevole deviazione nel centro galattico. Rispetto al diazenilio, la luminosità dell’emissione di cianuro di idrogeno aumenta più significativamente in questa regione. Sembra esserci un meccanismo lì che stimola il cianuro di idrogeno a emettere luce aggiuntiva, che non si osserva nel diazenilio.
“Sospettiamo che il nucleo galattico attivo nella Galassia del Mulino sia responsabile di questo,” dice Schinnerer. Questa regione circonda il massiccio buco nero centrale. Prima che il gas cada nel buco nero, forma un disco rotante, accelera ad alte velocità e si riscalda a migliaia di gradi attraverso l’attrito, emettendo radiazioni intense. Questa radiazione potrebbe effettivamente contribuire parzialmente all’emissione aggiuntiva di molecole di cianuro di idrogeno. “Tuttavia, dobbiamo ancora esplorare in dettaglio cosa fa comportare diversamente i due gas,” aggiunge Schinnerer.
Una sfida che vale la pena affrontare
Quindi, almeno nella regione centrale della Galassia del Mulino, il diazenilio sembra essere la sonda di densità più affidabile rispetto al cianuro di idrogeno. Sfortunatamente, brilla cinque volte più debole in media per la stessa densità di gas, aumentando significativamente lo sforzo di misurazione. La sensibilità aggiuntiva richiesta è ottenuta attraverso un periodo di osservazione considerevolmente più lungo.
La prospettiva di esplorare in dettaglio le prime fasi all’interno di galassie al di fuori della Via Lattea porta speranza agli scienziati. Una visione così chiara della Galassia del Mulino non è disponibile per la Via Lattea. Mentre le nubi molecolari e le regioni di formazione stellare sono più vicine nella Via Lattea, determinare la struttura esatta e la posizione delle braccia a spirale e delle nubi è considerevolmente più difficile.
Un laboratorio ricco per esplorare la formazione stellare su scala galattica
“Anche se possiamo imparare molto dal programma di osservazione dettagliato con la Galassia del Mulino, è, in un certo senso, un progetto pilota,” sottolinea Stuber. “Ci piacerebbe esplorare più galassie in questo modo in futuro.” Tuttavia, questa possibilità attualmente si scontra con limitazioni dovute alle capacità tecniche. La Galassia del Mulino brilla eccezionalmente luminosa alla luce di quelle sonde chimiche. Per altre galassie, i telescopi e gli strumenti devono essere molto più sensibili.
“Il prossimo Very Large Array (ngVLA), attualmente in fase di pianificazione, sarà probabilmente sufficientemente potente,” spera Schinnerer. Se tutto va bene, sarà disponibile solo tra circa dieci anni da ora. Fino ad allora, la Galassia del Mulino funge da laboratorio ricco per esplorare la formazione stellare su scala galattica.
