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Dove nascono le stelle? I radiotelescopi seguono le molecole
Un gruppo di astrochimici e radioastronomi ha confrontato le mappe molecolari più recenti di Orion KL, ottenute con tecniche radio ad alta risoluzione, con osservazioni precedenti. Il lavoro usa ALMA per controllare se le stime di abbondanza, temperatura e velocità delle molecole restino coerenti al cambiare della scala osservata. Ricostruire queste grandezze permette di delimitare le condizioni in cui nasce una stella, senza presentare la mappa come una fotografia diretta dell'intero processo.
Le stelle si formano nelle nubi molecolari, concentrazioni di gas e polveri che inizialmente possono trovarsi a circa -263 °C. La materia è estremamente rarefatta, con densità dell'ordine di 100 molecole per centimetro cubo, mentre l'aria terrestre ne contiene circa 10 quintilioni nello stesso volume. Intorno alle stelle neonate la temperatura sale tra -173 e -73 °C e la densità può raggiungere almeno 10 milioni di molecole per centimetro cubo.
Il laboratorio scelto dal gruppo è una regione della Grande Nebulosa di Orione distante circa 1.300 anni luce. Orion KL è la più vicina regione di formazione stellare ad alta massa, destinata cioè a produrre astri molto più grandi del Sole. Poiché le trasformazioni avvengono nell'arco di centinaia di migliaia o milioni di anni, gli astronomi non possono seguirle integralmente: osservano regioni diverse e ne confrontano le proprietà fisiche e chimiche.
La chimica interstellare diventa accessibile grazie alle onde radio emesse dalle molecole fredde. Ruotando e muovendosi nello spazio, ciascuna specie rilascia fotoni a frequenze caratteristiche. L'insieme dei segnali forma uno spettro, nel quale le firme spettrali consentono di riconoscere le molecole. Le intensità relative delle righe permettono poi di stimarne quantità e temperatura, sulla base di modelli fisici e del confronto tra più transizioni.
La risoluzione determina quanto finemente si possa separare una zona della nube dall'altra. Le parabole singole, pur raggiungendo diametri di 500 metri, distinguono in Orion KL strutture larghe circa 2.600 unità astronomiche. Le applicazioni della stessa tecnologia comprendono anche il modo in cui i radiotelescopi osservano ciò che si nasconde in orbita; nello studio delle nubi, però, l'obiettivo è separare ambienti chimici su scale paragonabili a quelle di un sistema planetario.
Per superare il limite delle singole parabole si ricorre alla radiointerferometria: numerose antenne raccolgono il segnale insieme e funzionano come un unico strumento molto più ampio. ALMA dispone di 66 antenne, 50 delle quali possono essere spostate sull'altopiano cileno. Nella configurazione più estesa l'array raggiunge una base di 16 chilometri e può distinguere, in Orion KL, strutture grandi soltanto poche unità astronomiche.
Il confronto tra le mappe vecchie e quelle più dettagliate serve quindi a verificare quanto le conclusioni precedenti resistano quando una regione apparentemente uniforme viene separata in componenti più piccole. I dati forniscono un'istantanea fisica e chimica, non una registrazione continua della nascita di una singola stella. Le associazioni tra molecole, temperatura e densità indicano quali reazioni siano compatibili con ciascun ambiente, ma la sequenza causale deve essere ricostruita attraverso modelli e osservazioni di altre nubi.
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