Galassie di Starburst focolai di formazione stellare

L'universo è pieno di galassie, che sono esse stesse piene di stelle. Ad un certo punto della sua vita, ogni galassia irta di formazione stellare in vaste nuvole di gas idrogeno. Ancora oggi, alcune galassie sembrano avere più del solito numero di attività di nascita di stelle 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 della nascita delle stelle come "galassie stellari".

Key Takeaways: Starburst Galaxies

• Le galassie di Starburst sono galassie in cui si sono verificati molto rapidamente alti tassi di formazione stellare.
• Quasi tutti i tipi di galassie possono subire eventi di starburst se le condizioni sono giuste.
• Gli astronomi sanno che le galassie di starburst sono spesso coinvolte in fusioni che mescolano stelle e gas. Le onde d'urto spingono il gas, che fa scattare l'attività dello starburst.

Le galassie di Starburst hanno tassi insolitamente alti di formazione stellare 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'improvviso scoppio della nascita di una stella sia innescato da un evento specifico. Nella maggior parte dei casi, una fusione di galassie fa il trucco. Questo è quando 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 vengono mescolati insieme. La collisione invia onde d'urto attraverso quelle nuvole di gas, che comprimono i gas e provocano esplosioni di formazione stellare. 

Proprietà delle galassie di 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 appaiono nella maggior parte delle galassie starburst:

• un tasso di formazione stellare molto rapido. Queste galassie produrranno stelle a tassi ben al di sopra del tasso medio della maggior parte delle galassie "normali";
• disponibilità di gas e polvere. Alcune galassie possono avere tassi di formazione stellare più alti del normale semplicemente a causa dei loro elevati volumi di gas e polvere. Tuttavia, alcune galassie stellari non hanno le riserve per giustificare il motivo per cui avrebbero così alti tassi di formazione stellare, 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 poiché la formazione della galassia data la sua età. Una galassia più vecchia semplicemente non avrebbe avuto abbastanza gas per mantenere l'azione della nascita della stella per miliardi di anni. In alcune galassie stellari gli astronomi vedono un improvviso scoppio della nascita di una stella, 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 lentamente, altre più velocemente.

Un altro metodo ampiamente accettato per vedere se una galassia è uno starburst è quello di confrontare il tasso di formazione stellare con l'età dell'universo. Se il tasso corrente esaurirebbe tutto il gas disponibile in meno di 13,7 miliardi di anni, è possibile che una data galassia possa trovarsi in uno stato stellare. 

Immagine annotata che mostra abbaglianti lineamenti simili a palpebre che esplodono di stelle nella galassia IC 2163. Uno tsunami di stelle e gas innescato da una collisione oculare con la galassia NGC 2207 (una parte del suo braccio a spirale è mostrata sul lato destro dell'immagine). L'immagine 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 nelle galassie che vanno dalle spirali agli irregolari. Gli astronomi che studiano questi oggetti li classificano in sottotipi che aiutano a descrivere la loro età e altre caratteristiche. I tipi di galassie Starburst includono:

• Galassie Wolf-Rayet: definito 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 percentuali molto alte di perdita di massa. I venti che producono possono scontrarsi con regioni di gas e provocare una rapida formazione stellare.
• Galassie compatte blu: galassie a bassa massa che un tempo si pensava fossero giovani galassie, che stavano 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 sia 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 si scontrano, l'attività dello starburst aumenta e illumina le galassie.
• Galassie infrarosse luminose: galassie oscure e nascoste che sono difficili da studiare perché contengono alti livelli di polvere che possono oscurare l'osservazione. Le radiazioni infrarosse in genere rilevate dai telescopi vengono utilizzate per penetrare la polvere. Ciò fornisce indizi su una maggiore formazione stellare. È stato scoperto che alcuni di questi oggetti contengono più buchi neri supermassicci, che possono bloccare la formazione stellare. L'aumento della nascita di stelle in tali galassie deve essere il risultato di una recente fusione di galassie.

Causa dell'aumentata formazione stellare

Sebbene la fusione di galassie sia individuata come la causa principale della nascita delle stelle in queste galassie, i processi esatti non sono ben compresi. In parte, ciò è dovuto al fatto che le galassie dello starburst sono disponibili in molte forme e dimensioni, quindi potrebbe esserci più di una condizione che porta ad una maggiore formazione di stelle. Tuttavia, affinché si formi una galassia di starburst, ci deve essere un sacco di 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 indotto gli astronomi a sospettare fusioni di galassie e onde d'urto come due processi che possono portare a galassie stellari. 

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

Altre due possibilità per la causa delle galassie di starburst includono:

• Active Galactic Nuclei (AGN): Praticamente tutte le galassie contengono un buco nero supermassiccio nel loro nucleo. Alcune galassie sembrano essere in uno stato di alta attività, in cui il buco nero centrale sta espellendo enormi quantità di energia. Vi sono molte prove che dimostrano 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 della materia in un disco e la sua eventuale espulsione dal buco nero possono creare onde d'urto che potrebbero innescare formazione stellare.
• Alti tassi di supernova: Le supernovae sono eventi violenti. Se il tasso di 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, affinché si verifichi un evento del genere, le condizioni dovrebbero essere ideali; più che nelle altre possibilità elencate qui.

Una supernova può spingere nuvole di gas nelle vicinanze per stimolare un numero limitato di parti di stelle. Questa supernova è mostrata in una vista del telescopio spaziale Hubble del residuo della supernova della Nebulosa del Granchio. NASA / ESA / STScI

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