Il Cluster delle Arche, un ammasso aperto nella costellazione del Sagittario scoperto nel 1995, rappresenta l’ammasso di stelle più denso conosciuto nella Via Lattea. Si trova a una distanza di 25.000 anni luce dalla Terra e a soli 100 anni luce dal centro della Via Lattea. Questo cluster è fortemente oscurato dalla polvere nelle bande visive e non può essere osservato ad occhio nudo, ma può essere studiato nelle bande dell’infrarosso, delle radio e dei raggi X. Fornisce indicazioni preziose sulla formazione stellare in un ambiente vicino al centro galattico.
Cluster delle Arche. Immagine: NASA/ESA, 2015. Il Cluster delle Arche contiene circa 135 stelle massicce, giovani ed estremamente calde, oltre a migliaia di membri meno massicci. L’età dell’ammasso è stimata in 2,5 milioni di anni. Si ritiene che il cluster si sia formato in un breve ma intenso scoppio di formazione stellare. È leggermente più giovane del vicino Cluster Quintuplet, ma è considerevolmente più denso e grande rispetto al suo vicino. Le stelle più antiche nel Cluster delle Arche hanno appena evoluto dalla sequenza principale, mentre il Cluster Quintuplet contiene un numero maggiore di stelle più evolute, comprese supergiganti calde, una supergigante rossa e diverse variabili blu luminose (LBV). Il Cluster delle Arche è molto denso, con quasi 150 stelle giovani e calde concentrate in un raggio di 1 anno luce. A titolo di confronto, se una regione con un raggio pari alla distanza tra il Sole e la sua prossimità più vicina, Proxima Centauri, avesse la stessa densità, conterrebbe oltre 100.000 stelle. Le osservazioni nei raggi X hanno rivelato un involucro di gas attorno al cluster, riscaldato a 60 milioni di gradi dai forti venti stellari delle stelle del cluster che si scontrano con il mezzo interstellare.
Gli ammassi, Arche (in alto a destra), Quintuplet (in alto al centro) e l’ammasso GC (in basso al centro), contengono stelle massicce che appaiono come sorgenti di raggi X molto luminose e puntiformi quando i venti dalle loro superfici si scontrano con quelli di una compagna orbitante. Inoltre, enormi quantità di energia vengono rilasciate quando queste stelle esplodono come supernove, riscaldando il materiale circostante. I cadaveri stellari in questa immagine emettono anche raggi X, sia come stelle di neutroni che come buchi neri in sistemi binari. Le collisioni tra gli ammassi stessi e le nubi molecolari di gas più fredde contribuiscono agli raggi X diffusi visti in questa immagine. Immagine: Chandra X-ray Observatory. NASA/CXC/UMass Amherst/Q.D.Wang et al. Istituto Smithsonian @ Flickr Commons. Il cluster ha una massa equivalente a più di 10.000 soli, rendendolo 10 volte più pesante degli ammassi aperti tipici nella nostra galassia. Il Cluster delle Arche prende il nome per i filamenti a forma di arco rilevati nella sua vicinanza nelle lunghezze d’onda radio. Questi filamenti sono prodotti a seguito dell’interazione tra il cluster e la superficie di una nube molecolare che si trova sullo sfondo. Interazioni simili tra un cluster e una nube molecolare stanno avvenendo nel Cluster Quintuplet.
Stelle
Le stelle più massicce nel cluster sono le stelle Wolf-Rayet, eccezionalmente calde e altamente luminose, che mostrano linee di emissione prominenti di elio e azoto o carbonio altamente ionizzati.
Questa immagine del Cluster delle Arche, contenente stelle giovani e massicce, è stata ottenuta con NACO sul Very Large Telescope dell’ESO. Il campo di vista è di 28 arcosecondi. Il nord è in alto e l’est è a sinistra. Questa immagine è un composito di immagini infrarosse ottenute tramite filtri J, H e K. Le stelle appaiono come nuclei luminosi circondati da deboli aloni diffusi, tipici delle immagini ottenute da strumenti a ottica adattativa. L’alone corrisponde alla luce che non è stata completamente corretta per gli effetti di sfocatura dell’atmosfera terrestre. Immagine: ESO/P. Espinoza, 2009. Le stelle Wolf-Rayet sono tra le più massicce conosciute; alcune di esse hanno una massa più di 100 volte quella del Sole. I loro venti stellari sono arricchiti di elio e azoto. Si ritiene che il Cluster delle Arche contenga circa 5% di tutte le star Wolf-Rayet conosciute nella Via Lattea. Le 28 stelle più brillanti nel Cluster delle Arche sono stelle WN7-9 ricche di idrogeno o supergiganti di tipo O con un’età compresa tra 2 e 4 milioni di anni. Almeno 150 delle stelle membri sono tra le più brillanti mai scoperte nella nostra galassia. Gli astronomi stimano che solo una su ogni 10 milioni di stelle nella Via Lattea sia brillante come i membri del Cluster delle Arche. Le giovani stelle calde nel cluster hanno vite relativamente brevi, bruciando il loro carburante in pochi milioni di anni, prima di terminare la loro esistenza come supernove.
Cluster delle Arche
Costellazione: Sagittario
Ascensione retta: 17h 45m 50.5s
Declinazione: –28° 49′ 28″
Distanza: 25.000 anni luce (8.500 parsecs)
Massa: 10.000 masse solari
Età: 2.5 milioni di anni
Il nucleo galattico è oscurato nella luce visibile da nubi di polvere interposte, ma la luce infrarossa penetra nella polvere. NICMOS mostra un gran numero di stelle massicce distribuite in tutta la regione. Una scoperta recente è che gli astronomi ora vedono che le stelle massicce non sono confinate in uno dei tre noti ammassi di stelle massicce nel Centro Galattico, noti come Cluster Centrale, Cluster delle Arche e Cluster Quintuplet. Questi tre ammassi sono facilmente visibili come concentrazioni strette di stelle massicce e luminose nell’immagine NICMOS. Le stelle distribuite potrebbero essersi formate in isolamento, oppure potrebbero aver avuto origine in ammassi che sono stati disturbati da forti forze di marea gravitazionale. I venti e la radiazione di queste stelle formano le strutture complesse osservate nel nucleo, e in alcuni casi, potrebbero innescare nuove generazioni di stelle. Immagine – Hubble: NASA, ESA, e Q.D. Wang (University of Massachusetts, Amherst); Spitzer: NASA, Jet Propulsion Laboratory, e S. Stolovy (Spitzer Science Center/Caltech)
La nostra Via Lattea è un luogo polveroso. Così polveroso, infatti, che non possiamo osservare il centro della galassia in luce visibile. Ma quando il Telescopio Spaziale Spitzer della NASA ha puntato i suoi occhi infrarossi sul centro galattico, ha catturato questa spettacolare vista. Scattata con solo una delle telecamere di Spitzer (a una lunghezza d’onda di 8 micron), l’immagine evidenzia le nubi eccezionalmente brillanti e polverose della regione, illuminate da stelle giovani e massicce. Stelle singole possono essere viste anche come punti minuscoli sparsi nella polvere. Il mosaico superiore mostra una porzione del centro galattico che si estende per una distanza di 760 anni luce. Grazie all’eccellente risoluzione di Spitzer, le caratteristiche polverose all’interno del centro galattico sono visibili in dettagli senza precedenti. Quattro esempi sono mostrati nei riquadri ingranditi in basso. La scatola più a sinistra mostra una coppia di regioni di formazione stellare che somigliano a occhi cosmici simili a quelli di un gufo. A sinistra degli “occhi”, si possono vedere strade scure di polvere. Questo oggetto è probabilmente situato in un braccio a spirale tra la Terra e il centro galattico, al contrario degli esempi seguenti, che si trovano tutti nel centro galattico. Il riquadro successivo a destra include le stelle Quintuplet, eccezionalmente luminose, un insieme di cinque stelle massicce che si ritiene si siano sepolte in bozzoli di polvere. Poco sotto e a destra del Quintuplet si trova la nebula Pistol, una bolla di materiale espulso dalla stelle massiccia centrale Pistol. Le colonne simili a dita a sinistra fanno parte di una struttura nota come Sickle. Hanno dimensioni e forme simili a quelle nella famosa immagine della Nebulosa Aquila scattata dal Telescopio Spaziale Hubble della NASA. Colonne come queste sono scolpite da dense nubi di polvere dalla radiazione e dai venti delle stelle calde. Le colonne nel Sickle sono state probabilmente formate da un ammasso di stelle calde situato a destra, ma non visibile qui. Il terzo riquadro evidenzia un sistema di lunghe e filamentose strutture che sono osservate per la prima volta vicino alla base di una regione nota come Filamenti Ad arco. Questi lunghi filamenti sono lunghi circa 10 anni luce e meno di 1 anno luce di larghezza. Le brillanti regioni di formazione stellare a destra sono tra le più luminose nel cielo infrarosso. L’ultimo riquadro a destra mostra il centro della nostra galassia, che è il punto più luminoso dell’intero mosaico. La luminosità è il risultato della polvere riscaldata da un compatto ammasso di stelle calde. Il punto luminoso segna anche la posizione di un buco nero supermassiccio, attorno al quale è visibile un anello rotante di gas e polvere noto come disco circumnucleare. Questa immagine è stata acquisita con la Telecamera a Matrice Infrarossa (IRAC) di Spitzer, utilizzando il suo rivelatore di 8 micron. Mostra emissioni da molecole riscaldate in nubi di polvere chiamate idrocarburi aromatici policiclici. Immagine: NASA/JPL-Caltech/S. Stolovy (SSC/Caltech)