Emissioni ad alta energia da stelle giovani - Kataweb

è che l'attività dinamica ha una breve scala
temporale di evoluzione: da 1000 a
10 000 anni. Il terzo è che entrano in
gioco grandi energie cinetiche: da 10 45 a
10" erg. Il quarto è che, per lo più, il gas
emesso presenta una forma bipolare centrata
su una sorgente infrarossa all'interno,
che è una stella giovane.
Entro un chiloparsec (3260 anni luce)
dal Sole si trovano oggi 10 esempi ben
studiati di questo fenomeno. Gli oggetti
vengono chiaramente creati a un tasso
eccezionalmente elevato: almeno 10 di
essi si devono formare ogni 10 000 anni
nelle vicinanze del solo sistema solare.
Infatti il tasso di formazione di tali getti
molecolari centrati su una stella pare circa
uguale al tasso di formazione di tutte le
stelle con massa superiore a tre masse
solari. Dal momento che non è stata ancora
eseguita una ricerca sistematica dei getti
molecolari, questa stima del loro tasso
F<
3,26 ANNI LUCE
1 PARSEC
AFGL 961
Sette sistemi di getti ad alta velocità attorno a sette oggetti stellari giovani
sono qui descritti in mappa alla stessa scala. Le isolinee in colore mostrano
le emissioni del monossido di carbonio spostate verso il rosso; quelle in
nero mostrano le emissioni spostate verso il blu. L'emissione del monossido
di carbonio da ogni sorgente dà origine a due lobi centrati su un oggetto
infrarosso (croce). La mappa di Orione è stata eseguita da Erickson,
Goldsmith, Huguenin, Snell, Ulich e dall'autore con il Multiple Mirror
Telescope. Le mappe di AFGL 490 e di AFGL 961 sono state eseguite da
di formazione è probabilmente un limite
inferiore. Una conclusione possibile è che
tutte le stelle di massa pari a qualche massa
solare attraversino uno stadio evolutivo
primitivo nel quale danno origine a
emissioni di gas energetiche e massive.
Non si sa ancora se le stelle più piccole del
Sole e ad esso simili attraversino lo stesso
tipo di stadio o meno.
La possibile esistenza di tale stadio evolutivo
per stelle simili al Sole potrebbe
gettare luce sul processo di formazione
dei pianeti, ancora scarsamente compreso.
I pianeti gioviani del sistema solare
(Giove, Saturno, Urano e Nettuno) conservano
le loro atmosfere originarie,
mentre i pianeti terrestri (Mercurio, Venere,
Terra e Marte) no. Le atmosfere
attuali di Venere, della Terra e di Marte
(Mercurio non ha atmosfera) sono state
prodotte principalmente da eruzioni vulcaniche
negli eoni della storia dei pianeti.
NGC 2071
AFGL 490
ORIONE
Le atmosfere originarie erano formate
principalmente da idrogeno ed elio, con
minori quantitativi di metano, ammoniaca,
azoto e neo; le atmosfere attuali sono
del tutto diverse. (L'atmosfera terrestre è
l'unica che si sia arricchita in ossigeno per
il metabolismo degli organismi viventi.)
Che ne è stato delle atmosfere originarie
dei pianeti di tipo terrestre? L'ipotesi
prevalente è che le atmosfere primordiali
siano state violentemente spazzate
via da un uragano di materia fuoriuscente
dal Sole. La natura del vento
che ha ripulito il sistema solare interno
non è mai stata chiaramente capita.
Oggi pare possibile che i pianeti terrestri
fossero soggetti allo stesso genere di violente
emissioni di gas che è stato osservato
nella nube molecolare di Orione, in
AFGL 490 e in L1551.
Le emissioni ad alta energia possono
anche aiutare a spiegare la misteriosa
H-H 7-11
L 1551
Harvey T. N. Gautier dell'Università dell'Arizona e dall'autore. La mappa
di NGC 2071 è stata eseguita da John Bally dei Ben Laboratories. La
mappa di H-H 7-11 è stata eseguita da Snelle Susan Edwards dello Smith
College. La mappa di Cefeo A da Luis F. Rodriguez dell'Istituto messicano
di astronomia, Paul T. P. Ho di Berkeley e James M. Moran del
Center for Astrophysics dell'Harvard College Observatory e dello Smithsonian
Astrophysical Observatory. I ricercatori che hanno eseguito la
mappa di L1551 sono elencati nell'illustrazione della pagina a fronte.
longevità delle nubi molecolari giganti.
Quando furono osservate per la prima
volta larghezze di riga da uno a 10 chilometri
al secondo in grandi regioni delle
nubi molecolari, si pensò che si sarebbe
potuta trovare una spiegazione per quelle
velocità, troppo alte per essere dovute a
moti termici, se le nubi stavano collassando
sotto l'azione della gravitazione, il che
sembrava plausibile dal momento che le
nubi sono chiaramente luoghi attivi di
formazione di stelle. Ostacolava tale ipotesi
il fatto che le nubi avrebbero dovuto
collassare completamente in circa un milione
di anni e vi sono forti motivi per
credere che le nubi abbiano vite medie
comprese tra 10 e 100 milioni di anni.
Inoltre, se le nubi molecolari fossero tutte
in uno stato di collasso, il tasso di formazione
delle stelle nella Galassia dovrebbe
essere notevolmente più elevato di quanto
non ci dicano le osservazioni. Qualcosa
ha impedito alle nubi molecolari di collassare
e nel fare ciò ha immesso nel gas
sufficiente energia meccanica per mantenere
larghezze di riga di parecchi chilometri
al secondo nell'intera nube.
Con la scoperta delle emissioni molecolari
ad alta velocità attorno a stelle giovani
in nubi scure, l'enigma può essere risolto.
Se ogni stella B dà origine al tipo di
getti molecolari osservati nella nube molecolare
di Orione e in AFGL 490 nel
corso della sua primitiva evoluzione, il
tasso di formazione di stelle B osservato
nei sottogruppi di associazioni OB può
essere sufficiente a spiegare l'energia
meccanica che tiene 100 000 masse solari
di gas molecolare in moto con una velocità
media di due chilometri al secondo per
10 milioni di anni
Il ruolo dei dischi circumstellari
La scoperta delle emissioni ad alta velocità
in nubi molecolari sembra risolvere
alcuni vecchi problemi, ma ne presenta di
nuovi, altrettanto enigmatici. La straordinaria
energia delle emissioni e il fatto
che siano così frequenti non si accordano
facilmente con le idee attuali sulla formazione
e la primitiva evoluzione delle stelle.
Le nuove prove dell'esistenza di processi
fisici ad alta energia che accompagnano
la creazione di stelle più massive
del Sole (e forse anche di stelle non più
massive del Sole) non sono né previste né
spiegate dalle teorie attuali. Quale meccanismo
potrebbe essere responsabile
delle emissioni ad alta velocità attorno
alle giovani stelle?
Qualsiasi spiegazione deve essere in
grado di chiarire due aspetti importanti:
l'enorme energia immaga77inata nelle
emissioni e, in diversi esempi significativi,
la collimazione, o focalizzazione, dei
flussi in getti bipolari. Non è necessario
supporre che la maggior parte del materiale
espulso sia stata emessa dalla sorgente
centrale. Più verosimilmente, la
gran parte dell'emissione è costituita da
gas di nubi molecolari spazzati da un piccolo
volume di materiale espulso dalla
stella giovane.
Può essere più facile spiegare la distri-
18°10'
17°50'
4h29n130s 4 h 29m00s 24h28m30s
DECLINAZIONE (1950)
4h28m0Os
Getti di gas diretti in senso opposto, ben separati, si trovano in prossimità della sorgente infrarossa
L1551 immersa nella costellazione del Toro, indicata con una croce in prossimità del centro di
questa fotografia eseguita con il telescopio Schmidt da 48 pollici di Mount Palomar. Come nel
caso di AFGL 490, i getti originano dall'oggetto infrarosso, che si presume sia una stella giovane.
Il getto spostato verso il blu (isolinee in nero) sembra comprendere tre oggetti Herbig-Haro:
H-H 28, H-H 29 e H-H 102. I primi due si muovono tanto rapidamente (150 chilometri al
secondo) che la loro posizione è mutata in fotografie eseguite a distanza di pochi anni. La
direzione del loro moto è indicata dalle frecce. Estrapolando i moti all'indietro nel tempo si trova
che gli oggetti sono stati espulsi da una regione vicina a L1551 soltanto 3000 anni fa. La mappa
dell'emissione del monossido di carbonio è stata eseguita da Snell, Robert B. Loren dell'Università
del Texas a Austin e da Richard L. Plambeck dell'Università della California a Berkeley.
buzione bipolare, o a due lobi, del flusso
che non la sorgente di energia. Se, per
esempio, l'emissione fosse inizialmente
sferica, potrebbe essere canalizzata in un
flusso bipolare se l'oggetto centrale fosse
immerso in un disco di gas. Il gas fuoriuscente
incontrerebbe, nel passare attraverso
un polo del disco, una resistenza
inferiore a quella che incontrerebbe attraversando
l'equatore e il risultato sarebbe
una canalizzazione del flusso in due
direzioni opposte.
C'è qualche prova che suggerisca la
possibile formazione di tali dischi attorno
a giovani stelle e a protostelle? Esiste, in
realtà, una notevole serie di prove indirette.
Ne è un esempio il nostro Sole. Secondo
le concezioni attuali, i pianeti e il Sole
si sono formati insieme dalla stessa nube
protostellare in fase di collasso. Evidentemente
la nube in fase di collasso assunse
la forma di un disco sottile in modo tale
che, quando i pianeti finirono col condensare,
si accumularono tutti più o meno
nello stesso piano molto vicino al piano
equatoriale del Sole, dove essi orbitano
tuttora. Su una scala immensamente più
grande, la nube in fase di collasso che
formò la Galassia stessa prese la forma di
un disco sottile (come indicato dalla sottigliezza
della Via Lattea quando viene
osservata in una limpida notte buia). In
realtà, i calcoli teorici mostrano che,
quando una sfera di gas rotante collassa,
forma inevitabilmente un disco rotante.
È stata data recentemente notizia di
prove osservative dell'esistenza di un disco
attorno a una stella con un caratteristico
spettro infrarosso, la stella MWC
349 nella costellazione del Cigno. Rodger
I. Thompson e Peter A. Strittmatter dell'Università
dell'Arizona ed Edwin F.
Erickson, Fred C. Witteborn e Donald W.
Strecker dell'Ames Research Center della
National Aeronautics and Space Administration
hanno suggerito che molto
probabilmente lo spettro della stella è
prodotto da un disco circumstellare.
Devono ancora essere compiuti studi
estesi delle righe spettrali nell'infrarosso
delle giovani stelle nascoste associate a
ciascun getto molecolare, ma i dati dispo-
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