L'ultima immagine del telescopio spaziale James Webb ha immortalato le prime fasi di vita di un sistema stellare in formazione: si tratta della nube molecolare L1527, distante dalla Terra 460 anni luce e localizzata nella costellazione del Toro. La nube assume una caratteristica forma a clessidra a causa dei getti di materia espulsi da una protostella centrale. Quest'ultima si trova proprio nel "collo" di questa clessidra cosmica. Una protostella è un oggetto celeste molto giovane, in questo caso 100mila anni, che sta pian piano accumulando la materia necessaria affinché possa raggiungere le condizioni di temperatura e densità tali da innescare le reazioni di fusione nucleare dell'idrogeno e trasformarsi così in una stella.
L'immagine è stata ottenuta grazie allo strumento MIRI del telescopio James Webb, sensibile alle lunghezze d'onda del medio infrarosso, invisibili all'occhio umano. Queste lunghezze d'onda permettono di studiare in dettaglio l'emissione luminosa delle polveri della nebulosa. Le polveri infatti vengono riscaldate dalla radiazione e dalla materia emessa dalla protostella e riemettono questa energia accumulata sottoforma di radiazione luminosa nel medio infrarosso.
Cosa mostra l'immagine del James Webb: perché la nube è a forma di clessidra
L'immagine rilasciata dalla NASA è stata ottenuta con lo strumento MIRI del James Webb, sensibile al medio infrarosso. L'immagine è in falsi colori, ottenuta cioè assegnando un colore visibile all'occhio umano a ciascuna diversa lunghezza d'onda del medio infrarosso dello strumento MIRI, che normalmente sarebbe invisibile all'occhio umano.
Al centro di questa clessidra cosmica si trova una protostella che sta accumulando materiale da un sottile disco protoplanetario. Quest'ultimo è visibile nell'immagine come una sottile linea scura circondata da una zona intermedia bianca formata da una miscela di idrocarburi, gas ionizzato e altre molecole. Le regioni colorate in blu mostrano l'emissione dovuta a composti organici come gli idrocarburi policiclici aromatici, mentre quella in rosso allo spesso strato di gas e polveri che circonda la protostella.
L'emissione di luce da questi composti è dovuta all'energia rilasciata dalla protostella nella nube molecolare. La protostella infatti emette getti di materia in direzioni opposte lungo il suo asse di rotazione mentre consuma gas e polvere dalla nube circostante. Tali getti di materia generano sia la struttura filamentosa visibile nelle immagini del James Webb sia la struttura a clessidra all'interno della nube molecolare, mentre trasferiscono energia la materia circostante facendo brillare le regioni sopra e sotto di essa.
Nell'arco di centinaia di migliaia di anni la protostella accumulerà sempre più materia accrescendo la sua massa a discapito di quella della nube molecolare. Nel contempo l'energia emessa sotto forma di radiazione infrarossa e getti di materia dissiperà gran parte della nube. La struttura a clessidra tenderà così a scomparire lasciando al suo centro una nuova stella che diventerà facilmente distinguibile anche per i telescopi che osservano la luce visibile.
Cosa è una protostella come quella al centro della “clessidra cosmica”
Il sistema L1527 è un tipico esempio di nube molecolare presente nella nostra galassia, la Via Lattea. Una nube molecolare è il luogo in cui nascono nuove generazioni di stelle. Si tratta di nebulose molto fredde (intorno ai –265 °C) costituite per lo più da idrogeno in forma molecolare (da cui il nome di queste strutture), cioè molecole di H2.
In queste nubi la gravità tende ad addensare il materiale generando una protostella. Queste si differenziano dalle stelle perché al loro interno non si sono ancora generate de condizioni di densità e temperatura necessarie per innescare le reazioni di fusione nucleare dell'idrogeno. Solo al raggiungimento di una certa massa critica, le condizioni di densità e temperatura sono tali da innescare la fusione nucleare e trasformare l'oggetto in una stella vera e propria.
Pur non essendoci reazioni nucleari, una protostella emette comunque energia sotto forma di radiazione e getti di materia lungo l'asse di rotazione. Questa energia però proviene dagli urti del materiale in accrescimento sulla superficie della protostella e sul disco di materiale circostante. La maggior parte di questa energia viene emessa sottoforma di radiazione infrarossa, proprio quella che è in grado di captare il telescopio spaziale James Webb.
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