Uno dei grandi misteri dell’universo è come queste gigantesche strutture cosmiche, e soprattutto i loro bulge, si siano formati: attraverso il collasso di una gigantesca nube di gas (il cosiddetto collasso monolitico), oppure attraverso la progressiva aggregazione e fusione di strutture più piccole (il merging gerarchico)?

Quest’ultimo scenario sembra confermato da quanto osserviamo in regioni remote dell’universo (remote nello spazio e nel tempo), che mostrano come le parti centrali delle galassie si stiano formando proprio dall’aggregazione di strutture più piccole. Se questo scenario si applica a tutte le galassie, anche il bulge della Via Lattea dovrebbe essersi formato così. Allora, come mai nessun reperto fossile di questo formidabile evento è stato rinvenuto finora?

È questa la domanda che ha guidato la nostra ricerca, quando circa 15 anni fa abbiamo cominciato il progetto. Infatti, sebbene ci si aspetti che la grande maggioranza di queste strutture si sia dissolta nel formare il bulge, alcuni di questi frammenti primordiali potrebbero essere sopravvissuti alla totale distruzione ed essere ancora presenti nelle parti centrali della galassia, sotto le sembianze di normali ammassi stellari. Ma bisogna fare molta attenzione perché nella nostra galassia ci sono oltre 150 ammassi stellari che, a causa della loro forma sferica, vengono chiamati ammassi “globulari”.

Come fare, allora, per distinguere i frammenti fossili del processo di formazione del bulge dai veri ammassi globulari? Diversamente dagli ammassi, questi relitti fossili dovevano essere originariamente abbastanza massicci da trattenere il gas ricco di ferro espulso dalle violentissime esplosioni di supernova. Da quel gas accumulato, poi, hanno dato vita a nuove generazioni di stelle. Di conseguenza, ci aspettiamo che questi sistemi ospitino popolazioni stellari con differenti composizioni chimiche e differenti età, contrariamente a quanto osservato negli ammassi globulari.

Come archeologi che, scavando nella polvere, portano alla luce i reperti di antiche civiltà fondamentali per ricostruire la storia dell’umanità, così abbiamo cominciato a “scavare” nelle regioni centrali della galassia, attraversando gli spessi strati di polvere interstellare che oscurano il bulge della Via Lattea.

Un lavoro lungo e paziente, che ha coinvolto l’uso dei più grandi telescopi ottici terrestri e del telescopio spaziale Hubble, ma che già nel 2009 aveva portato alla luce un primo reperto sensazionale: nascosto sotto la falsa identità di un ammasso globulare (denominato Terzan 5) si celava un sistema stellare complesso, un possibile frammento fossile del bulge.

Ma per quanto fosse improbabile che quel “fossile” potesse essere lì per caso, un unico reperto non è una prova decisiva, “una rondine non fa primavera”, come si dice. E allora la nostra ricerca è continuata paziente e sistematica, fino a che, quest’anno, un nuovo reperto è venuto alla luce: un altro sistema stellare con le sembianze di un ammasso globulare, chiamato Liller 1, ha mostrato di contenere due popolazioni di età molto diversa, svelando così la sua vera identità.

A questo punto appare chiaro che forse un’intera classe di straordinari relitti stellari (che potremmo chiamare frammenti fossili del bulge) è ancora sepolta sotto le polveri interstellari della galassia, in attesa di essere portata alla luce. È li che dobbiamo continuare a scavare!

Questi ritrovamenti costituiscono la prima evidenza osservativa che anche il bulge della nostra galassia si è effettivamente formato dall’aggregazione di strutture primordiali più piccole, seguendo il processo di formazione gerarchico.

Come con preziosi reperti archeologici, dobbiamo ora studiare nel dettaglio questi fossili, poiché su questi frammenti è scritta la storia della formazione delle prime strutture cosmiche, al tempo di quando l’universo era ancora un neonato (aveva solo un miliardo di anni). “Una rondine non fa primavera”, ma due forse indicano che una nuova primavera (di conoscenza) sta per arrivare.

Francesco Rosario Ferraro è professore presso il dipartimento di fisica e astronomia dell’università di Bologna

F.R. Ferraro et al., A new class of fossil fragments from the hierarchical assembly of the Galactic bulge, Nature Astronomy (2021)