Guida alle costellazioni - Regioni celesti scelte/L'ammasso Westerlund 1

Westerlund 1 è un esempio di giovane superammasso aperto, molto compatto, situato a 10.400 anni luce di distanza; è uno degli ammassi aperti di giovane età più massicci conosciuti nella Via Lattea. Rimase per lungo tempo ignorato dagli studiosi a causa del forte assorbimento presente nella sua direzione, dovuto alla presenza di massicci sistemi di nebulose oscure. La sua importanza è data dal fatto che secondo alcuni studi potrebbe evolvere in futuro in un ammasso globulare.

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Bibliografia Guida alle costellazioni - Regioni celesti scelte/Bibliografia

Una raccolta di stelle massicce

Carta della regione di Westerlund 1, fra Altare e Scorpione.

Westerlund 1 ripreso nella banda della luce infrarossa.

Immagine ESO di Westerlund 1 ad alta risoluzione, che mostra l’arrossamento delle sue numerosissime componenti.

Immagine di Westerlund 1 del Chandra a raggi X.

Westerlund 1 contiene un numero molto elevato di stelle di grande massa evolute; stelle di questo genere sono relativamente rare, in quanto hanno una vita breve. Fra queste vi sono 6 ipergiganti gialle, 4 supergiganti rosse fra le quali è inclusa Westerlund 1-26, una delle stelle più grandi conosciute, 24 stelle di Wolf-Rayet, una variabile blu luminosa, diverse stelle di classe O e B e un raro caso di stella derivante probabilmente da una recente fusione fra stelle. Inoltre, osservazioni ai raggi X hanno rivelato la presenza di una pulsar anomala a lenta rotazione, probabilmente originatasi dall’esplosione di una stella di grande massa.

La stella di sequenza principale più brillante dell’ammasso possiede una magnitudine visuale di appena 20,5; da ciò ne consegue che Westerlund 1 sia dominato da stelle post-sequenza principale molto luminose, che infatti hanno magnitudine visuale attorno a 18.

Alle lunghezze d’onda dei raggi X l’ammasso mostra emissioni diffuse dal gas interstellare, ma anche emissioni puntuali, provenienti sia da stelle post-sequenza principale di grande massa, sia da stelle di piccola massa di pre-sequenza principale.

Banco di prova per i modelli

L’età di Westerlund 1 è stimata sui 4-5 milioni di anni; questo dato è derivato dal confronto della popolazione delle stelle evolute con i modelli dell’evoluzione stellare. La presenza di un numero significativo di stelle di Wolf-Rayet e di supergiganti gialle e rosse rappresenta un forte vincolo sulla determinazione dell’età: le teorie suggeriscono che le supergiganti rosse non si formino prima di almeno 4 milioni di anni, dato che le stelle più massicce non sperimentano la fase di supergigante rossa, mentre allo stesso tempo la popolazione di stelle di Wolf-Rayet declina rapidamente dopo i 5 milioni di anni. Questa fascia di età è ampiamente compatibile con le osservazioni all’infrarosso di Westerlund 1, che hanno rivelato la presenza di stelle di classe O7-O9 di sequenza principale; nonostante ciò, un’età inferiore e pari a 3,5 milioni di anni è stata comunque proposta in base ad osservazioni delle stelle di massa più piccola facenti parte dell’ammasso.

Se in Westerlund 1 le stelle si fossero formate seguendo una tipica funzione di massa iniziale, allora l’ammasso avrebbe inizialmente ospitato un numero significativo di stelle molto massicce, come quelle osservate attualmente nel più giovane Ammasso Arches, il più compatto conosciuto nella Via Lattea e situato a soli 100 anni luce dal centro galattico. Le stime attuali dell’età di Westerlund 1 sono maggiori del ciclo vitale di queste stelle e d’altra parte i modelli dell’evoluzione stellare suggeriscono che ci sarebbero già dovute essere da 50 a 150 supernovae esplose nell’ammasso, con un tasso di una supernova ogni 10.000 anni circa durante l’ultimo milione di anni; tuttavia, soltanto un solo resto di supernova è stato individuato finora, mentre la mancanza di altri oggetti compatti e binarie ai raggi X di grande massa resta un enigma. Per spiegare questo fatto sono state avanzate diverse ipotesi, incluse lo scioglimento di sistemi binari dovuti alla forte spinta data dall’esplosione di supernovae, oppure formazione di piccoli buchi neri di massa stellare in lento accrescimento (e dunque non rilevabili), oppure ancora l’esistenza di sistemi binari in cui entrambe le componenti sono oggi stelle collassate; questo problema resta tuttavia ancora non risolto.

Dato che le stelle di Westerlund 1 mostrano la stessa età, composizione e distanza, l’ammasso rappresenta un ambiente ideale per comprendere l’evoluzione delle stelle massicce. La contemporanea presenza sia di stelle in ingresso nella sequenza principale che in uscita da essa verso il ramo delle giganti costituisce un solido campo di verifica per i modelli di evoluzione stellare, i quali non sono ancora in grado al momento di predire correttamente la distribuzione dei sottotipi di stelle di Wolf-Rayet osservata proprio in Westerlund 1.

Un ammasso di stelle doppie

Diverse evidenze portano a ritenere che molte delle stelle massicce dell’ammasso siano binarie; alcune di queste sono state identificate direttamente attraverso osservazioni fotometriche e della velocità radiale, mentre molte altre sono state dedotte attraverso altre caratteristiche tipiche delle stelle di Wolf-Rayet binarie. In totale si stima che ben il 70% delle stelle di Wolf-Rayet e il 40% delle supergiganti di classe O e B siano binarie.

La gigante Westerlund 1-26

Westerlund 1-26 è una stella supergigante luminosa fredda, rossa (classe M2), situata nell'ammasso stellare Westerlund 1; è anche una delle stelle più grandi conosciute, con un raggio stimato in 1530-2544 volte quello del Sole. Se fosse posta al centro del sistema solare, la sua fotosfera ingloberebbe l’orbita di Giove e arriverebbe a sfiorare quella di Saturno. La stella è quasi totalmente oscurata nelle lunghezze d'onda visibili a causa dell'estinzione dovuta alla polvere interstellare, ma è stata ampiamente studiata nelle lunghezze d'onda dell'infrarosso e delle onde radio; possiede un tipo spettrale tipico di una supergigante rossa di elevata luminosità e nelle lunghezze d'onda radio è 310.000 volte più luminosa del Sole, mentre la sua magnitudine assoluta (in luce visibile) è pari a circa -9,2.

La temperatura superficiale è di circa 3000 K, situandosi nell’angolo in alto a destra del diagramma Hertzsprung-Russell; di conseguenza, a quella temperatura, la stella emette gran parte della sua energia nello spettro infrarosso. Mostra anche un'enorme perdita di massa, il che suggerisce che possa evolversi, in futuro, in una stella di Wolf-Rayet. Westerlund 1-26 ha mostrato anche dei cambiamenti della sua classe spettrale in alcuni periodi, sebbene non siano stati osservati anche cambiamenti di luminosità.

Nell'ottobre del 2013, utilizzando il Very Large Telescope, gli astronomi dell'European Southern Observatory (ESO) hanno scoperto che Westerlund 1-26 è circondata da una nube incandescente di idrogeno ionizzato. Si tratta della prima nebulosa di gas ionizzato ad essere stata scoperta attorno a una stella supergigante rossa tramite le sue righe di emissione ottiche; questa nebulosa si estende fino a 4,2 anni luce dalla stella.