Il mistero della Nebulosa Tarantola: perché perde così tanta energia a raggi X?

• Blu – dati a raggi X dell'Osservatorio Chandra: mostrano il gas spazzato via dai venti delle giovani stelle massicce e riscaldato a milioni di gradi dalle onde d'urto (simili ai boom sonici dei jet supersonici) .
• Verde – dati ottici del Telescopio Spaziale Hubble: mostrano idrogeno più caldo e singole stelle in tutta la nebulosa .
• Rosso – dati infrarossi del Telescopio Spaziale James Webb: rivelano migliaia di giovani stelle e polvere fredda che darà origine a future stelle e pianeti .

In alcune zone lo strato blu di Chandra è visibile da solo; in altre si sovrappone ai dati rossi di Webb o a quelli verdi di Hubble. Nella regione centrale, tutti e tre gli strati si combinano per produrre uno spettro completo di rosso, arancione, giallo, verde e blu . Lo studio ha anche integrato dati d'archivio del telescopio Spitzer della NASA, ormai dismesso .

Il mistero: l'energia a raggi X mancante

La Nebulosa Tarantola è una delle regioni di formazione stellare più vigorose dell'universo locale, ospitando migliaia di giovani stelle massicce i cui potenti venti stellari dovrebbero riscaldare il gas circostante a temperature tali da emettere raggi X. Tuttavia, osservazioni precedenti avevano costantemente mostrato che la nebulosa emette molta meno radiazione X di quanto previsto dai modelli classici del feedback dei venti stellari .

Rodriguez e il suo team hanno cercato di capire dove andasse a finire l'energia mancante. Utilizzando 2 milioni di secondi di osservazioni con Chandra – la più profonda esposizione a raggi X mai realizzata di 30 Doradus – insieme ai dati di Webb, Hubble e Spitzer, hanno analizzato la struttura e il bilancio energetico della nebulosa .

I tre meccanismi di perdita di energia

Lo studio ha identificato tre processi distinti che portano via energia dal gas caldo che emette raggi X :

1. Perdita di gas caldo

Fino alla metà del gas caldo (che emette raggi X) fuoriesce completamente dalla nebulosa. Il gas filtra attraverso le pareti frammentate delle strutture di gas e polvere che formano le bolle: in pratica, le pareti delle bolle non sono completamente sigillate, permettendo al materiale più caldo di disperdersi nello spazio circostante .

2. Mescolamento turbolento

Il gas freddo vicino alle pareti delle bolle si agita e si mescola fisicamente con parte del gas caldo interno. Questo mescolamento turbolento abbassa la temperatura complessiva del gas, riducendone la capacità di emettere raggi X .

3. Conduzione termica

Il contatto fisico diretto tra il gas caldo all'interno e il gas più freddo negli involucri densi provoca un passaggio di calore dalla regione calda a quella fredda – un meccanismo simile a quello di una padella di metallo che conduce il calore dal fornello. Questo processo eguaglia le temperature senza necessariamente mescolare le due fasi gassose, sottraendo ulteriore energia alla riserva di gas che emette raggi X .

Perché è importante per le regioni di starburst

La combinazione di questi tre processi spiega perché la Nebulosa Tarantola emette significativamente meno radiazione X di quanto ci si aspetterebbe dai potenti venti delle sue migliaia di giovani stelle massicce . I risultati mettono in discussione i modelli classici del feedback dei venti stellari, che presumevano che l'energia delle stelle massicce rimanesse intrappolata vicino all'ammasso stellare. Lo studio dimostra invece che l'energia fugge attraverso molteplici canali – una scoperta che ha implicazioni profonde per la comprensione di come le regioni di starburst influenzano le loro galassie ospiti, incluso il modo in cui guidano i deflussi galattici e regolano la formazione stellare.

La Nebulosa Tarantola, nota anche come 30 Doradus, è la regione di formazione stellare più grande e prolifica del Gruppo Locale di galassie. La sua relativa vicinanza (160.000 anni luce, nella Grande Nube di Magellano) la rende un laboratorio ideale per studiare i processi di feedback che modellano le galassie in tutto l'universo.