Circa 13,8 miliardi di anni fa, il nostro Universo nacque in una massiccia esplosione che diede origine alle prime particelle subatomiche e alle leggi della fisica come le conosciamo. Circa 370.000 anni dopo, si era formato l’idrogeno, l’elemento costitutivo delle stelle, che fondono idrogeno ed elio al loro interno per creare tutti gli elementi più pesanti. Sebbene l’idrogeno rimanga l’elemento più pervasivo nell’Universo, può essere difficile rilevare singole nubi di idrogeno gassoso nel mezzo interstellare (ISM).
Ciò rende difficile la ricerca sulle prime fasi della formazione stellare, che offrirebbero indizi sull’evoluzione delle galassie e del cosmo. Un team internazionale guidato da astronomi del Max Planck Institute of Astronomy (MPIA), ha recentemente notato un enorme filamento di idrogeno atomico nella nostra galassia. Questa struttura, denominata “Maggie“, si trova a circa 55.000 anni luce di distanza, ed è una delle strutture più lunghe mai osservate nella nostra galassia.
Lo studio che descrive le loro scoperte, recentemente apparso sulla rivista Astronomy & Astrophysics, è stato condotto da Jonas Syed, un Ph.D. studente al MPIA. È stato raggiunto da ricercatori dell’Università di Vienna, dell’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics ( CfA ), del Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIFR), dell’Università di Calgary, dell’Universität Heidelberg, del Center for Astrophysics and Planetary Science, l’ Argelander-Institute for Astronomy , l’Indian Institute of Science e il Jet Propulsion Laboratory ( JPL ) della NASA.
La ricerca si basa sui dati ottenuti dall’indagine HI/OH/Recombination line of the Milky Way (THOR), un programma di osservazione che si basa sul Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) nel New Mexico. Utilizzando le antenne radio a onde centimetriche del VLA, questo progetto studia la formazione di nubi molecolari, la conversione dell’idrogeno atomico in molecolare, il campo magnetico della galassia e altre questioni relative all’ISM e alla formazione stellare.
Lo scopo finale è determinare in che modo i due isotopi dell’idrogeno più comuni convergono per creare nubi dense che sorgono verso nuove stelle. Gli isotopi includono l’idrogeno atomico (H), composto da un protone, un elettrone e nessun neutrone, e l’idrogeno molecolare (H2) che è composto da due atomi di idrogeno tenuti insieme da un legame covalente. Solo quest’ultimo si condensa in nubi relativamente compatte che svilupperanno regioni gelide dove alla fine emergeranno nuove stelle.
Il processo di transizione dell’idrogeno atomico all’idrogeno molecolare è ancora in gran parte sconosciuto, il che ha reso questo filamento straordinariamente lungo, una scoperta particolarmente eccitante. Mentre le più grandi nubi di gas molecolare conosciute misurano tipicamente circa 800 anni luce di lunghezza, Maggie misura 3.900 anni luce di lunghezza e 130 anni luce di larghezza. Come ha spiegato Syed in un recente comunicato stampa MPIA:
“La posizione di questo filamento ha contribuito a questo successo. Non sappiamo ancora esattamente come sia arrivato lì. Ma il filamento si estende per circa 1600 anni luce al di sotto del piano della Via Lattea. Le osservazioni ci hanno anche permesso di determinare la velocità dell’idrogeno gassoso. Questo ci ha permesso di mostrare che le velocità lungo il filamento differiscono appena”.
L’analisi del team ha mostrato che la materia nel filamento aveva una velocità media di 54 km/s -1, che hanno determinato principalmente misurandola rispetto alla rotazione del disco della Via Lattea. Ciò significava che la radiazione a una lunghezza d’onda di 21 cm (ovvero la “linea dell’idrogeno”) era visibile sullo sfondo cosmico, rendendo la struttura distinguibile.
“Le osservazioni ci hanno anche permesso di determinare la velocità dell’idrogeno gassoso”, ha affermato Henrik Beuther, capo di THOR e coautore dello studio. “Questo ci ha permesso di dimostrare che le velocità lungo il filamento differiscono appena”.
Da ciò, i ricercatori hanno concluso che Maggie è una struttura coerente. Questi risultati hanno confermato le osservazioni fatte un anno prima da Juan D. Soler, un astrofisico dell’Università di Vienna e coautore dell’articolo. Quando osservò il filamento, gli diede il nome del fiume più lungo della sua nativa Colombia: il Río Magdalena (anglicizzato: Margaret, o “Maggie”). Sebbene Maggie fosse riconoscibile nella precedente valutazione di Soler dei dati THOR, solo lo studio attuale dimostra senza ombra di dubbio che si tratta di una struttura coerente.
Sulla base dei dati pubblicati in precedenza, il team ha anche stimato che Maggie contenga l’8% di idrogeno molecolare in una frazione di massa. A un esame più attento, il team ha notato che il gas converge in vari punti lungo il filamento, il che li ha portati a concludere che l’idrogeno gassoso si accumula in grandi nubi in quei punti. Essi ipotizzano inoltre che il gas atomico si condenserà gradualmente in una forma molecolare in quegli ambienti.
“Tuttavia, molte domande rimangono senza risposta”, ha aggiunto Syed. “Ulteriori dati, che speriamo ci forniscano ulteriori indizi sulla frazione di gas molecolare, sono già in attesa di essere analizzati”. Fortunatamente, presto diventeranno operativi diversi osservatori spaziali e terrestri, telescopi che in futuro saranno attrezzati per studiare questi filamenti. Questi includono il James Webb Space Telescope (JWST) e indagini radio come lo Square Kilometer Array (SKA), che ci permetterà di vedere il primissimo periodo dell’Universo (” Cosmic Dawn “) e le prime stelle nel nostro Universo.