Una Stella che Nasce tra Nubi d’Acqua

OSSERVATA DAL TELESCOPIO HERSCHEL

Scoperta per la prima volta grazie alle osservazioni del satellite dell’ESA la presenza di vapor d’acqua, pari a 2000 oceani terrestri, in una nube di gas e polveri dove sta formandosi una stella simile al Sole. Un risultato di fondamentale importanza nello studio dei processi che portano alla formazione dei sistemi planetari, tra cui il nostro Sistema solare.

Immagine infrarossa di parte della Nube Molecolare del Toro ottenuta con il telescopio spaziale Herschel: la nube pre-stellare L1544 e' visibile in basso a sinistra ed e' circondata da molte altre nubi di gas e polveri con densita' variabili.La Nube Molecolare del Toro e' situata a circa 450 anni luce ed e' la regione di formazione stellare piu' vicina alla Terra. (Crediti: ESA/Herschel/HIFI)

Chissà come sarà tra qualche centinaio di milioni di anni il sistema stellare che si sta formando nella nube L1544, in direzione della costellazione del Toro. Magari attorno a quel nuovo astro che avrà caratteristiche simili al nostro Sole si formeranno pianeti su cui potrebbero svilupparsi forme di vita. È di sicuro ancora troppo presto per dirlo, ma oggi gli scienziati sanno per certo che lì, in quell’ammasso ancora informe di polveri e gas, c’è un ingrediente che è tra quelli fondamentali per sostenere la vita, almeno nelle forme che conosciamo: l’acqua.

A rivelare la presenza di questo elemento, osservato per la prima volta anche sotto forma di vapore in quella che può essere considerata la ‘culla’ di una nuova stella e di un futuro sistema planetario, è stato lo studio condotto da un team di ricercatori guidato da Paola Caselli dell’Università di Leeds e associata INAF a cui partecipano Claudio Codella dell’INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri e Brunella Nisini dell’INAF-Osservatorio Astronomico di Roma. Determinanti per la scoperta sono state le osservazioni condotte dal satellite dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) Herschel Space Observatory  e del suo spettrometro HIFI (Heterodyne Instrument for the Far-Infrared spectrometer).

Erano anni che gli astronomi cercavano di misurare l’abbondanza dell’acqua nelle nubi pre-stellari, ma senza successo. Solo l’entrata in funzione del telescopio spaziale Herschel, lanciato nel 2009, ha permesso finalmente di rivelarne la presenza in quelle regioni dove stanno formandosi nuovi astri. “Il motivo di questa difficoltà è che l’interno delle nubi pre-stellari è troppo freddo perché l’acqua sia in forma di vapore e possa essere osservata” dice Claudio Codella. “Infatti riteniamo che la maggior parte dell’acqua sia congelata sulla superficie dei grani di polvere che compongono le nubi, ricoprendoli con spessi mantelli di ghiaccio, dove anche altre molecole organiche  si formano e rimangono intrappolate. Questi grani di polvere sono i costituenti principali delle future comete, asteroidi, lune e pianeti”.

Insomma, veri e propri ‘mattoni’ che stanno alla base di tutto il processo della formazione di stelle e pianeti,  che per questo possono fornirci informazioni fondamentali anche sulla nostra origine. È quindi estremamente importante studiare la loro composizione chimica ed in particolare la quantità dell’ingrediente cruciale per la vita: l’acqua.

E in questo ambito, le misure di Herschel hanno davvero prodotto dei risultati eccezionali,  non fermandosi solo a individuare la presenza di acqua in L1544, ma spingendosi fino a consentire agli scienziati di stimare la sua abbondanza nella nube. “Grazie allo strumento HIFI a bordo di Herschel, il vapor d’acqua è stato finalmente non solo rivelato in una nube pre-stellare, ma addirittura quantificato” sottolinea Brunella Nisini. “La massa totale di vapor d’acqua individuata il L1544 è corrispondente a circa 2000 oceani terrestri, mentre è presente una ben più grande riserva di acqua ghiacciata, corrispondente a circa 2,6 masse di Giove. Questo valore è stato stimato in base a modelli chimici che riproducono la quantità di vapor d’acqua osservato”.

HIFI ha identificato nello spettro della radiazione infrarossa proveniente da L1544 una riga prodotta dall’acqua sia in emissione che in assorbimento, con un profilo che indica che il collasso gravitazionale della nube è appena iniziato: le molecole di acqua osservate stanno muovendosi verso il centro della nube, la culla della futura stella.

“Per mantenere l’acqua in forma di vapore nel centro freddo e denso della nube,è necessaria la presenza di particelle energetiche (raggi cosmici Galattici)”, spiega Paola Caselli, che ha guidato il lavoro i cui risultati sono in corso di pubblicazione sulla rivista The Astrophysical Journal Letters. “I raggi cosmici entrano nella nube, collidono con l’idrogeno molecolare, ovvero l’ingrediente gassoso più’ abbondante, il quale a sua volta produce una debole luce ultravioletta. Questa illumina i mantelli ghiacciati della polvere, liberando le molecole dell’acqua e mantenendo il vapor d’acqua ad un livello che solo Herschel è in grado di rivelare”.

I risultati ottenuti con le misure di Herschel rivelano la stretta connessione tra polvere e gas in una nube, appena prima la formazione di una stella e forniscono la prima osservazione dell’abbondanza di acqua all’interno di una nube genitrice di una futura stella come il nostro Sole e del suo potenziale sistema planetario. Queste fondamentali osservazioni sono tutte italiane, in quanto sono state ottenute utilizzando il tempo garantito italiano dello strumento HIFI di Herschel, ricevuto per il coinvolgimento del nostro Paese nella costruzione dello strumento. HIFI è stato progettato e costruito da un consorzio di agenzie, istituti di ricerca e dipartimenti universitari europei, canadesi e americani. Per l’Italia ha partecipato l’Agenzia Spaziale Italiana, l’INAF-IFSI e l’INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri.

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