La Via Lattea è la galassia che ospita, tra le sue centinaia di miliardi di stelle, anche il Sole e il Sistema solare: è la nostra casa nel cosmo, eppure finora non sapevamo come fosse stata costruita. Un nuovo studio condotto dall’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) nell'ambito del progetto CARMA (Cluster Ages to Reconstruct the Milky Way Assembly) e pubblicato ieri su Nature Astronomy aggiunge un tassello alla risposta, individuando uno dei suoi primi “mattoni” fondanti: una fusione con una galassia esterna avvenuta all’incirca due miliardi di anni dopo il Big Bang, in un'epoca finora avvolta nell'incertezza. Fino a oggi, la storia di formazione della Via Lattea, fatta di fusioni tra galassie più e meno grandi, era stata ricostruita con sicurezza solo fino a circa dieci miliardi di anni fa, l'epoca dell'incontro con Gaia-Enceladus, una galassia nana che si scontrò con la nostra e fu successivamente inglobata. Cosa fosse accaduto nelle primissime fasi di vita della Galassia restava invece ignoto: non era chiaro se un evento di fusione con una galassia esterna avesse avuto luogo, o se l'evoluzione avesse riguardato esclusivamente stelle nate “in casa”. “Siamo partiti dall'ambizione di ricostruire la storia di assemblaggio della Via Lattea, cioè tutti gli eventi di fusione galattica che l'hanno portata al suo aspetto attuale”, spiega Davide Massari, ricercatore dell'INAF e primo autore dell’articolo scientifico. “Come traccianti abbiamo usato gli ammassi globulari: soprattutto nelle zone interne della galassia, dove l'estinzione è altissima, sono gli unici oggetti per cui possiamo ottenere misure eccellenti sia del movimento orbitale sia dell'età”. Il punto di svolta è stato lo sviluppo di un metodo, basato sui dati del telescopio spaziale Hubble, in grado di misurare l'età degli ammassi globulari con una precisione mai raggiunta prima. Con stime così precise, il team ha scoperto che la popolazione di ammassi globulari nelle zone più interne della Via Lattea si dispone lungo tre distinte sequenze in base all’età e alla metallicità: una legata alla fusione con Gaia-Enceladus, una alla Via Lattea originaria e una terza, intermedia, spiegabile soltanto con l'esistenza di almeno una fusione precedente e finora ignota.

“L'analisi statistica indica proprio nello scenario a tre progenitori quello di gran lunga più probabile”, commenta Cristiano Fanelli dell’INAF, co-autore dello studio. La galassia responsabile di quella terza sequenza aveva una massa stellare paragonabile a quella di Gaia-Enceladus, pari a circa mezzo miliardo di masse solari, e aveva depositato gran parte del suo materiale entro poco meno di 20mila anni luce dal centro della Via Lattea. “Questo lavoro ci dice cos’è successo alla Via Lattea nella sua infanzia. Porta infatti alla luce un evento particolarmente rilevante che ha influenzato l'intera evoluzione successiva della galassia. Se una delle grandi domande dell'umanità è ‘da dove veniamo?’, noi offriamo almeno un tassello della risposta”, aggiunge Chiara Zerbinati, dottoranda presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università degli Studi di Bologna, che ha lavorato al progetto già durante la tesi magistrale. “Il percorso verso la pubblicazione è stato lungo e articolato, tanto che il nome dell'evento di fusione è cambiato più volte”, conclude Massari. “Quello definitivo, Low-energy-Kraken-Heracles (LKH), è un acronimo che rende omaggio ai tre lavori che, per primi, avevano ipotizzato l'esistenza di questo antico incontro galattico”.

Inoltre uno studio guidato da Ellen Leitinger dell’Università di Bologna, con la partecipazione di altri ricercatori dell’ateneo e dell’Istituto Nazionale di Astrofisica, ha usato l’asterosismologia per studiare stelle ricche di azoto nella Via Lattea. Molte hanno masse incompatibili con una normale evoluzione in antichi ammassi globulari: la loro origine resta un puzzle.

Gli ammassi globulari sono sistemi densi e molto antichi che quasi sempre ospitano popolazioni stellari multiple. Alcune delle loro stelle mostrano una caratteristica impronta chimica: sono arricchite di azoto, sodio e alluminio e impoverite di carbonio, ossigeno e magnesio. La stessa impronta è stata osservata in alcune stelle isolate nella Via Lattea. L’ipotesi naturale è che provengano da ammassi globulari dissolti. Il nuovo studio mette però alla prova questa interpretazione usando un indicatore indipendente dalla composizione chimica: la massa. Per misurarla, i ricercatori hanno studiato le oscillazioni naturali delle stelle. Poiché, in una normale evoluzione da stella singola, le stelle nate più massicce evolvono più rapidamente, dalla massa è possibile risalire anche alla loro età. “La composizione chimica suggeriva un’origine negli ammassi globulari”, spiega Ellen Leitinger, prima autrice dello studio. “La massa, però, indica che per molte di queste stelle la storia è stata più complessa”. Il team ha combinato tre tipi di osservazioni: le variazioni di luminosità misurate dal satellite Kepler, la composizione chimica ricavata da APOGEE e i movimenti delle stelle osservati da Gaia. Su 133 stelle analizzate, 20 sono risultate ricche di azoto; per 13 è stato possibile stimare con affidabilità la massa e, assumendo una normale evoluzione da stella singola, anche l’età. “L’asterosismologia ci permette di misurare la massa attuale di queste stelle, mentre l’età non viene misurata direttamente: viene stimata confrontando la massa e lo stato evolutivo con modelli di stelle singole”, spiega Andrea Miglio, professore al Dipartimento di Fisica e Astronomia "Augusto Righi", tra gli autori dello studio. “Se però una stella ha avuto una storia evolutiva più complessa, questa stima può risultare fuorviante”.

Il risultato è sorprendente: tra le 13 stelle ricche di azoto con stime affidabili, al massimo tre sono abbastanza antiche da essere compatibili con un’origine in ammassi globulari. Per le altre, la massa misurata corrisponderebbe, in un modello di evoluzione da stella singola, a un’età troppo giovane rispetto a quella attesa. L’origine resta quindi aperta. Alcune stelle potrebbero aver acquisito massa da una compagna o essere il prodotto della fusione di due stelle. Le interazioni binarie potrebbero inoltre aver contribuito alle peculiarità chimiche osservate. “Le nuove campagne di osservazione spettroscopica, come 4MOST e Weave, potranno fornirci molte altre candidate”, commenta Angela Bragaglia dell’INAF-OAS Bologna, “in modo da poter allargare il campione studiato”.
“Questa scoperta è particolarmente importante perché si ritiene che una frazione rilevante delle stelle della Via Lattea provenga da ammassi globulari dissolti”, conclude Davide Massari dell’INAF-OAS Bologna. “I nostri risultati indicano che questo contributo potrebbe essere più limitato di quanto finora ritenuto”. Ora la sfida è leggere nelle stelle le tracce della loro storia. L’asterosismologia potrà cercare, nella struttura interna e nella rotazione, i segni lasciati da antichi trasferimenti di massa o fusioni stellari. Le future missioni spaziali offriranno nuove opportunità: PLATO permetterà di estendere l’analisi a un numero molto maggiore di stelle, mentre la proposta ESA HAYDN, guidata da Andrea Miglio, potrebbe applicare queste misure asterosismiche direttamente all’interno degli ammassi globulari. Il confronto tra stelle isolate e stelle ancora ospitate negli ammassi potrà chiarire se una stessa firma chimica nasconda origini ed evoluzioni molto diverse.  Lo studio è stato pubblicato su Astronomy & Astrophysics e segnalato anche da Nature Astronomy. (18 ago - red)