IZw18: quanti anni hai?
La storia scientifica di questa bellissima galassia è lunga e controversa e riguarda la determinazione della sua età. Secondo alcuni ricercatori sarebbe una galassia giovane ma, di recente, un gruppo di ricercatrici italiane ha confutato questa tesi, dimostrando che IZw18 ha almeno un miliardo di anniChi è IZw18?
IZw18 (si legge: 1 Zwiky 18) è una galassia irregolare nana, contenente molto gas interstellare1 (è quella nube azzurrina che si vede nell'immagine) ed un basso contenuto di metalli2. E' composta da due corpi, uno principale (a sinistra nella fotografia) ed uno secondario (a destra) e ha una massa pari a un miliardo di masse solari. In termini astronomici si può dire che è una galassia piccola (da cui il nome nana); la sua massa è circa 1/1000 di quella della nostra Via Lattea che è considerata una galassia "normale".
IZw18 si trova all'esterno del Gruppo Locale e dista da noi circa 60 milioni di anni-luce (ovvero 18.2 Mpc). La sua vicinanza (in termini astronomici ovviamente :) fa si che, con i più potenti telescopi oggi disponibili, si possano vedere le stelle più brillanti che la compongono. Se guardate bene l'immagine le potete vedere anche voi :)
Il fatto che si riescono a distinguere le stelle in IZw18, almeno quelle più brillanti, significa che si può misure quanta luce arriva a noi da ciascuna di esse. Questo è un punto rilevante per capire il metodo scientifico che è alle spalle di questa scoperta. E' proprio grazie all'informazione che ci arriva con la luce delle stelle che si può determinare l'età della galassia che le ospita.
Premetto che il cammino sarà in salita... (ok non lo dovevo dire! :) ma alla fine spero possiate dire: "ho capito qualcosina di come fanno gli astronomi a studiare l'Universo". Almeno questo!
Questione di luce.
Partiamo da alcuni concetti di base: cosa sono il flusso e la luminosità?
La luminosità è la quantità di energia emessa da una sorgente (una stella nel nostro caso, ma anche una lampadina oppure il nostro corpo) per unità di tempo. In pratica è l'energia totale sprigionata in tutte le direzioni e ad ogni istante dalla sorgente. La luminosità è una quantità propria della sorgente.
Il flusso è la quantità di energia proveniente da una sorgente e che fluisce attraverso un'unità di superficie per unità di tempo. Il flusso dipende dalla Luminosità ma è anche inversamente proporzionale al quadrato della distanza a cui si trova la sorgente rispetto a chi la osserva.
Queste due definizioni ci permettono di capire che per esempio: allontanando una stella (o una lampadina) del doppio della distanza iniziale, la luminosità sarà sempre la stessa, il flusso che arriva al nostro occhio, invece, sarà quattro volte più debole e, pertanto, la vedremo meno brillante.
Tenuto conto di ciò possiamo cominciare a parlare di astronomia...
Alla luce delle stelle
Lo so... non bisognerebbe farlo... però lo faccio lo stesso perché non è questo il luogo per dimostrare tutto quello che si dice. Quindi, per arrivare in breve tempo a capire il risultato riporterò delle regolette senza troppi tecnicismi.
Prima regola importante da ricordare è che le stelle massicce vivono meno delle stelle piccole, perché bruciano molto velocemente il loro gas. Per dare un'idea: una stella simile al Sole vive circa 12 miliardi di anni, una stella due volte più massiccia vive un miliardo e mezzo di anni mentre una stella cento volte più grande del Sole vive poco più di 3 milioni di anni. In altre parole...
Immaginiamo di poter far nascere allo stesso istante due stelle. Una come il Sole e l'altra cento volte più grande e supponiamo di seguirle per tutta la durata della loro vita. Facciamo passare i millenni... fino a quando la stella più grande muore, dopo pochi milioni di anni, attraverso un'esplosione spettacolare. Invece, la stella simile al Sole, dopo pochi milioni di anni, vive ancora tranquilla, bruciando lentamente il suo combustibile. Per vederla morire dovremo aspettare più di 10 miliardi di anni.
La seconda cosa da sapere è che le stelle non vivono da sole ma sono raggruppate in sistemi fisicamente legati, le galassie, e a volte, all'interno delle galassie, si uniscono in ammassi stellari.
Gli ammassi stellari sono formati da migliaia stelle nate tutte allo stesso momento, mentre le galassie sono sistemi più complessi formati da miliardi di stelle che possono avere età differenti, anche di molti miliardi di anni.
Per quanto la ricerca di cui stiamo parlando sia stata fatta su una galassia, per spiegare i concetti di base della ricerca, parlerò di ammassi stellari, perché sono sistemi molto più semplici delle galassie.
Allora... dato che le stelle (con masse sia grandi che piccole) vivono in ammassi e che più le stelle sono piccole più vivono a lungo, possiamo invertire il discorso e dire che: se in un ammasso vediamo delle stelle di grande massa allora possiamo dedurre che l'ammasso è giovane, mentre se vediamo solo stelle piccole possiamo concludere che l'ammasso è vecchio.
Allora come si fa? Per questo ci viene in aiuto un'altra regoletta: più la stella è massiccia più sarà luminosa. Ricordiamoci che questa regola vale solo se la stella sta bruciando idrogeno al centro. C'è un modo per capire quando questo avviene ma lo vedremo un'altra volta...
Ricapitolando, se vediamo un ammasso con stelle molto luminose (e che stanno bruciano idrogeno al centro!) allora possiamo dire che l'ammasso è giovane. Se, invece, vediamo al suo interno stelle poco luminose allora possiamo dire che l'ammasso è vecchio. Quindi, possiamo dire che:
Ora ritorniamo al fatto di riuscire a distinguere le stelle di una galassia o ammasso. Questo ci permette di determinare la quantità di luce che arriva dalle stelle.
Nella pratica quello che si misura non è la luminosità ma il flusso (o la magnitudine) della stella. In particolare, si misura il flusso che passa attraverso uno o più filtri. Senza entrato troppo nei dettagli, la cosa bella è che misurando il flusso di una stella in due filtri possiamo ottenere una quantità, detta indice di colore o colore, che è legata alla temperatura della stella alla superficie. Fantastico, no?
Adesso conosciamo la magnitudine e il colore delle stelle di un ammasso. Con queste quantità è possibile costruire un grafico, noto appunto come Diagramma Colore-Magnitudine, sul quale le stelle si dispongono, oltre che in funzione del loro colore e della magnitudine, anche in modo dipendente dalla loro massa e dall'età.
Graficato in questo modo, l'ammasso assume una sua forma ben precisa (e quasi unica) in funzione dell'età! Quindi, se riusciamo a riconoscere la forma dell'ammasso possiamo determinarne l'età. Sembra facile no?
Purtroppo la realtà è più complessa e meschina e non sempre si riescono a distinguere le forme sul diagramma Colore-Magnitudine di un ammasso: quindi niente età o età conosciute con molta incertezza. In genere i casi più complicati sono quelli delle galassie, soprattutto se non vicinissime.
Ci siamo quasi! Non abbandonate proprio ora.
C'è chi diceva giovane
Per quanto IZw18 non sia vicinissima, con gli strumenti ora disponibili, possiamo distinguere alcune delle sue stelle; in particolare quelle più luminose. Pertanto possiamo costruire solo una parte del diagramma Colore-Magnitudine: quella più brillante.
Ecco un caso in cui la realtà è meschina. Infatti fino a pochi anni fa gli astronomi riuscivano a costruire solo la parte del diagramma Colore-Magnitudine di IZw18 popolato dalle stelle più brillanti e quindi più giovani. Siccome le galassie, a differenza degli ammassi, possono essere composte da stelle con età diverse, il fatto che si vedessero solo stelle giovani in IZw18 poteva essere (ma era tutto da verificare) dovuto ai limiti delle osservazioni e non a caratteristiche proprie della galassia. La sfortuna volle che le forme che avrebbero confermato o confutato la presenza di stelle più vecchie di 1 miliardo d'anni erano poco distinguibili e quindi molto incerte. Questa incertezza ha portato alcuni ricercatori a considerare questa galassia come giovane mentre altri...
Non proprio giovane come sembrava
Un gruppo di ricercatrici italiane, grazie a nuove osservazioni e tecniche di analisi dati accurate, è riuscito a determinare la distanza della galassia con un maggiore precisione che in passato.
Ottenuta la distanza, è possibile determinare, noto il flusso (o la magnitudine), la luminosità e al temperatura delle stelle, quantità che sono ben determinate dai modelli che spiegano come evolvono le stelle e che permettono di identificare con precisione le strutture presenti sul diagramma Colore-Magnitudine (l'immagine qui accanto) e che hanno permesso di inferire sull'esistenza di stelle vecchie nella galassia.
Per chi fosse interessato: sono le stelle (i pallini nella figura) nei pressi delle linee rosse (che sono i modelli di evoluzione stellare di stelle di piccola massa) che permettono di affermare che la galassia è più vecchia di quanto si credeva.
Quindi, alla domanda "IZw18 quanti anni hai?" possiamo rispondere: "almeno un miliardo ma forse di più".
Per avere una risposta più precisa bisognerà attendere i risultati degli studi già in corso sulla sua storia evolutiva di questa affascinante galassia.
Note
1 Il gas interstellare è composto per più del 99% da Idrogeno ed Elio e per il restante 1% da elementi come Carbonio, Ossigeno, Ferro, Magnesio etc.
2 In astronomia si chiamano metalli tutti gli elementi che non siano Idrogeno ed Elio. Questi elementi costituiscono una piccola frazione (minore del 5%) del gas interstellare ma importante nell'evoluzione degli ammassi o delle galassie.
Fonti e approfondimenti
IZw18 si trova all'esterno del Gruppo Locale e dista da noi circa 60 milioni di anni-luce (ovvero 18.2 Mpc). La sua vicinanza (in termini astronomici ovviamente :) fa si che, con i più potenti telescopi oggi disponibili, si possano vedere le stelle più brillanti che la compongono. Se guardate bene l'immagine le potete vedere anche voi :)
Il fatto che si riescono a distinguere le stelle in IZw18, almeno quelle più brillanti, significa che si può misure quanta luce arriva a noi da ciascuna di esse. Questo è un punto rilevante per capire il metodo scientifico che è alle spalle di questa scoperta. E' proprio grazie all'informazione che ci arriva con la luce delle stelle che si può determinare l'età della galassia che le ospita.
Premetto che il cammino sarà in salita... (ok non lo dovevo dire! :) ma alla fine spero possiate dire: "ho capito qualcosina di come fanno gli astronomi a studiare l'Universo". Almeno questo!
Questione di luce.
Partiamo da alcuni concetti di base: cosa sono il flusso e la luminosità?
La luminosità è la quantità di energia emessa da una sorgente (una stella nel nostro caso, ma anche una lampadina oppure il nostro corpo) per unità di tempo. In pratica è l'energia totale sprigionata in tutte le direzioni e ad ogni istante dalla sorgente. La luminosità è una quantità propria della sorgente.
Il flusso è la quantità di energia proveniente da una sorgente e che fluisce attraverso un'unità di superficie per unità di tempo. Il flusso dipende dalla Luminosità ma è anche inversamente proporzionale al quadrato della distanza a cui si trova la sorgente rispetto a chi la osserva.
Queste due definizioni ci permettono di capire che per esempio: allontanando una stella (o una lampadina) del doppio della distanza iniziale, la luminosità sarà sempre la stessa, il flusso che arriva al nostro occhio, invece, sarà quattro volte più debole e, pertanto, la vedremo meno brillante.
Tenuto conto di ciò possiamo cominciare a parlare di astronomia...
Alla luce delle stelle
Lo so... non bisognerebbe farlo... però lo faccio lo stesso perché non è questo il luogo per dimostrare tutto quello che si dice. Quindi, per arrivare in breve tempo a capire il risultato riporterò delle regolette senza troppi tecnicismi.
Prima regola importante da ricordare è che le stelle massicce vivono meno delle stelle piccole, perché bruciano molto velocemente il loro gas. Per dare un'idea: una stella simile al Sole vive circa 12 miliardi di anni, una stella due volte più massiccia vive un miliardo e mezzo di anni mentre una stella cento volte più grande del Sole vive poco più di 3 milioni di anni. In altre parole...
Immaginiamo di poter far nascere allo stesso istante due stelle. Una come il Sole e l'altra cento volte più grande e supponiamo di seguirle per tutta la durata della loro vita. Facciamo passare i millenni... fino a quando la stella più grande muore, dopo pochi milioni di anni, attraverso un'esplosione spettacolare. Invece, la stella simile al Sole, dopo pochi milioni di anni, vive ancora tranquilla, bruciando lentamente il suo combustibile. Per vederla morire dovremo aspettare più di 10 miliardi di anni.
La seconda cosa da sapere è che le stelle non vivono da sole ma sono raggruppate in sistemi fisicamente legati, le galassie, e a volte, all'interno delle galassie, si uniscono in ammassi stellari.
Gli ammassi stellari sono formati da migliaia stelle nate tutte allo stesso momento, mentre le galassie sono sistemi più complessi formati da miliardi di stelle che possono avere età differenti, anche di molti miliardi di anni.
Per quanto la ricerca di cui stiamo parlando sia stata fatta su una galassia, per spiegare i concetti di base della ricerca, parlerò di ammassi stellari, perché sono sistemi molto più semplici delle galassie.
Allora... dato che le stelle (con masse sia grandi che piccole) vivono in ammassi e che più le stelle sono piccole più vivono a lungo, possiamo invertire il discorso e dire che: se in un ammasso vediamo delle stelle di grande massa allora possiamo dedurre che l'ammasso è giovane, mentre se vediamo solo stelle piccole possiamo concludere che l'ammasso è vecchio.
Pertanto, per conoscere l'età di un ammasso è sufficiente sapere la massa più grande delle stelle al suo interno visto il forte legame tra massa ed età che c'è nelle stelle.C'è un problema... conoscere la massa di una stella in un ammasso non è per nulla facile!
Allora come si fa? Per questo ci viene in aiuto un'altra regoletta: più la stella è massiccia più sarà luminosa. Ricordiamoci che questa regola vale solo se la stella sta bruciando idrogeno al centro. C'è un modo per capire quando questo avviene ma lo vedremo un'altra volta...
Ricapitolando, se vediamo un ammasso con stelle molto luminose (e che stanno bruciano idrogeno al centro!) allora possiamo dire che l'ammasso è giovane. Se, invece, vediamo al suo interno stelle poco luminose allora possiamo dire che l'ammasso è vecchio. Quindi, possiamo dire che:
c'è un legame tra la luminosità della stella più brillante, che bruciano idrogeno al centro, in un ammasso e l'età dell'ammasso stesso.Uno strumento utilissimo
Ora ritorniamo al fatto di riuscire a distinguere le stelle di una galassia o ammasso. Questo ci permette di determinare la quantità di luce che arriva dalle stelle.
Nella pratica quello che si misura non è la luminosità ma il flusso (o la magnitudine) della stella. In particolare, si misura il flusso che passa attraverso uno o più filtri. Senza entrato troppo nei dettagli, la cosa bella è che misurando il flusso di una stella in due filtri possiamo ottenere una quantità, detta indice di colore o colore, che è legata alla temperatura della stella alla superficie. Fantastico, no?
Adesso conosciamo la magnitudine e il colore delle stelle di un ammasso. Con queste quantità è possibile costruire un grafico, noto appunto come Diagramma Colore-Magnitudine, sul quale le stelle si dispongono, oltre che in funzione del loro colore e della magnitudine, anche in modo dipendente dalla loro massa e dall'età.
Graficato in questo modo, l'ammasso assume una sua forma ben precisa (e quasi unica) in funzione dell'età! Quindi, se riusciamo a riconoscere la forma dell'ammasso possiamo determinarne l'età. Sembra facile no?
Purtroppo la realtà è più complessa e meschina e non sempre si riescono a distinguere le forme sul diagramma Colore-Magnitudine di un ammasso: quindi niente età o età conosciute con molta incertezza. In genere i casi più complicati sono quelli delle galassie, soprattutto se non vicinissime.
Ci siamo quasi! Non abbandonate proprio ora.
C'è chi diceva giovane
Per quanto IZw18 non sia vicinissima, con gli strumenti ora disponibili, possiamo distinguere alcune delle sue stelle; in particolare quelle più luminose. Pertanto possiamo costruire solo una parte del diagramma Colore-Magnitudine: quella più brillante.
Ecco un caso in cui la realtà è meschina. Infatti fino a pochi anni fa gli astronomi riuscivano a costruire solo la parte del diagramma Colore-Magnitudine di IZw18 popolato dalle stelle più brillanti e quindi più giovani. Siccome le galassie, a differenza degli ammassi, possono essere composte da stelle con età diverse, il fatto che si vedessero solo stelle giovani in IZw18 poteva essere (ma era tutto da verificare) dovuto ai limiti delle osservazioni e non a caratteristiche proprie della galassia. La sfortuna volle che le forme che avrebbero confermato o confutato la presenza di stelle più vecchie di 1 miliardo d'anni erano poco distinguibili e quindi molto incerte. Questa incertezza ha portato alcuni ricercatori a considerare questa galassia come giovane mentre altri...
Non proprio giovane come sembrava
Un gruppo di ricercatrici italiane, grazie a nuove osservazioni e tecniche di analisi dati accurate, è riuscito a determinare la distanza della galassia con un maggiore precisione che in passato.
Ottenuta la distanza, è possibile determinare, noto il flusso (o la magnitudine), la luminosità e al temperatura delle stelle, quantità che sono ben determinate dai modelli che spiegano come evolvono le stelle e che permettono di identificare con precisione le strutture presenti sul diagramma Colore-Magnitudine (l'immagine qui accanto) e che hanno permesso di inferire sull'esistenza di stelle vecchie nella galassia.Per chi fosse interessato: sono le stelle (i pallini nella figura) nei pressi delle linee rosse (che sono i modelli di evoluzione stellare di stelle di piccola massa) che permettono di affermare che la galassia è più vecchia di quanto si credeva.
Quindi, alla domanda "IZw18 quanti anni hai?" possiamo rispondere: "almeno un miliardo ma forse di più".
Per avere una risposta più precisa bisognerà attendere i risultati degli studi già in corso sulla sua storia evolutiva di questa affascinante galassia.
Note
1 Il gas interstellare è composto per più del 99% da Idrogeno ed Elio e per il restante 1% da elementi come Carbonio, Ossigeno, Ferro, Magnesio etc.
2 In astronomia si chiamano metalli tutti gli elementi che non siano Idrogeno ed Elio. Questi elementi costituiscono una piccola frazione (minore del 5%) del gas interstellare ma importante nell'evoluzione degli ammassi o delle galassie.
Fonti e approfondimenti
- INAF news - Comunicato stampa dell'Istituto Nazionale di AstroFisica relativo alla scoperta qui descritta.
- ESA news - Comunicato stampa dell'Agenzia Spaziale Europea relativo alla nuova determinazione della distanza e dell'età di IZw18.
- NASA news - Comunicato stampa del Telescopio Spaziale Hubble su IZw18 da cui è possibile scaricare le immagini a diverse dimensioni e in diversi formati.
- Aloisi et al., The Astrophysical Journal, 667, L151, 2007 - Link all'articolo scientifico che descrive la ricerca ed i risultati ottenuti dal gruppo di ricercatrici italiane
- L'originale dell'immagine di IZw18 (all'inizio del post) è stata scaricata dal sito NASA news e modificata per per essere adattata alle dimensioni del post.
- Il diagramma Colore-Magnitudien è stato preso dal sito Aloisi et al., The Astrophysical Journal, 667, L151, 2007.
non sono molto pratico di astronomia, forse mi inscriverò alla facoltà, ma comunque volevo chiederti:
RispondiEliminanel post c'è scritto che riuscivi a conoscere l'età della stella dalla massa e che capivi la massa dalla luminosità, quindi una stella molto luminosa deve essere necessariamente grande,quindi giovane. Ma se vediamo una stella poco luminosa non è detto che sia una stella piccola, quindi vecchia, ma magari è grande e giovane solo che dista molto, in questo caso come fanno gli astonomi?