Formazione Stellare
dalla Nostra Galassia
all’ Universo Lontano
R. Maiolino
Osservatorio
Astrofisico
di Arcetri
Dipartimento
di Astronomia
Univ. di Firenze
C.N.R.-CAISMI
Sezione di
Firenze
La Formazione Stellare Avviene
nelle Condensazioni di Gas Molecolare
gas molecolare nel
piano della nostra galassia
Taurus
CO(1-0)
core molecolare
M ~ 5 M
5 pc
N2H+(1-0)
13CO(1-0)
Caselli et al. 2002
cores molecolari
collasso
gravitazionale
10 000 AU
embedded
young star
1pc
100 AU
4
5
t =10 -10 anni
50 AU
disco
accrescimento
jet
sistema
planetario
7
stella
t >10 anni
sequenza principale
stella T Tauri
6
7
t =10 -10 anni
1010 yr
Nubi Molecolari
PRE-stellari
Caselli et al. 1999
CO scompare
dalla fase gas
a R < 7000 AU
molecole condensate
sui grani di polvere
C17O(1-0)
emissione da
da polvere
polvere λ=1mm
λ=1mm
emissione
CO,HCO+
N2,N2H+
H2D+
2500AU
N2 è più volatile di CO
CAVITA’
MOLECOLARI
7000AU
15000AU
Fasi Finali della
Formazione delle Stelle:
dischi di accrescimento
e jets
Spettroscopia ad alta
risoluzione angolare dei jet:
studio della cinematica
Bacciotti et al. 2002
fenditure
disco
Doppler shift
delle righe
30 AU
asse
del jet
Rotazione del jet !
Stesso senso del disco
Accoppiamento magneto-idrodinamico di jet e disco:
il jet estrae momento angolare dal disco
contentendo l’accrescimento sulla stella
Rubini et al. 2004
regione osservata
spettroscopicamente
campo
magnetico
Superficie
di Alfve'n
confronto con i modelli di
magneto-idrodinamica per i jet
Problema per la formazione delle stelle di grande massa:
M>8M
t(accr)>t(contr)
Pressione di radiazione impedisce
ulteriore accrescimento
Due possibili soluzioni
Coalescenza di stelle
di massa piu’ piccola
Disco di accrescimento
massiccio: self-shielding
Identificazione dischi di accrescimento
attorno a stelle giovani di grande massa
Rotazione Kepleriana
CH CN
3
Olmi et al. 1996
Cesaroni et al.
Formazione stelle di piccola massa: Nane Brune M~30M
Giove
nana bruna
compagna di
stella MS
Problema formazione nane brune isolate:
nube originaria non ha massa critica per collasso gravitazionale
due possibilita’
collasso di un
core
se densita’ estreme
9
-3
(10 cm )
eiezione embrione
stellare da sistema
multiplo
Distribuzione spettrale dell’energia emissa da nane brune
IR
eccesso di emissione
infrarossa (λ
λ>5µ
µm)
emissione termica da
polvere circumstellare
disco
Natta & Testi 2003
Formazione stellare in altre galassie
comunemente nei dischi
delle galassie a spirale
I casi di formazione stellare
piu’ estrema sono in galassie
interagenti e/o irregolari
Galassie
“Starburst”
tasso formazione
stellare ~1 M/anno
formazione stellare
~10-100 M/anno
Energetica dominata
da stelle calde
(~40000 K)
nube di polvere
e gas
visib-UV
ma radiazione
ottica-UV assorbita
dalla polvere
riprocessata
nell’ infrarosso
infrarosso
λ=5000Å
λ=10µm
λ=15µm
Osservazioni medio-IR e sub-mm:
100pc
attivita’ confinata
in regioni “piccole”
~ 10-100 pc
Hunt et al. 2004
Gran parte delle galassie nell’ universo locale
sono pero’ “quiescenti”
spirale
ellittica (grande massa)
Come si sono formate?
Tasso formazione stellare
Gran parte delle formazione stellare e’
avvenuta a redshift z>1
distanza
eta’ dell’ universo
Due possibili scenari sulla formazione delle galassie
Gerarchico
Monolitico
Spettroscopia
a multi-fenditura
I due scenari possono essere distinti
misurando la distribuzione in redshift
di galassie ellittiche, spirali e starburst
Spettri di
1000-10000
galassie
redshift
massa
eta’
popolazione
stellare
ellittica
starburst
Cimatti et al. 2003
d
mo
e ll
ig
er
ar
ici
ch
densita’ galassie
Il numero di galassie ellittiche di grande massa
a z~2 incompatibile con modelli gerarchici
massa galassie
Formazione ed evoluzione degli elementi
Quasi tutto gli elementi
piu’ pesanti dell’elio
prodotti all’interno delle stelle
e dispersi dalle supernovae
C
N
C
N
O
O
Prevista una diminuizione dell’abbondanza
di elementi ad alto redshift
Quasar ad altissimo redshift:
“candele” per studiare le abbonzanze
nell’ Universo lontano
z=6.4
Maiolino et al. 2003
spettro del quasar
piu’ distante noto
Le abbondanze
non diminuiscono!
ex
p
ec
te
d
gran parte degli elementi formati da
un forte burst di formazione stellare
9
a z>9 (eta’ universo < 10 anni)
studio teorico sulla formazione
ed evoluzione delle primissime stelle
Ferrara et al.
Schneider et al.
Alcuni degli strumenti utilizzati per queste ricerche
Very Large Telescope
IRAM
Hubble Space Telescope
Gli strumenti del futuro:
grandi telescopi per
alta risoluzione angolare
Large Binocular
Telescope
Very Large Telescope
Interferometer
Atacama Large
Millemetric Array
