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La storia della nostra galassia, delle galassie vicine e dei loro ammassi stellari

La nostra Galassia e l’ampia varietà di galassie ad essa vicine, come le spirali e irregolari nane del Gruppo Locale, offrono due prospettive uniche e complementari per studiare l’Universo locale e la sua evoluzione. L’arrivo sulla scena astronomica di Hubble Space Telescope, HST, del Very Large Telescope, VLT, e dei telescopi della classe dei 10 metri ha originato progressi significativi sia nella fotometria che nella spettroscopia degli ammassi aperti e globulari, di singole stelle e del mezzo interstellare (nebulose planetarie e regioni HII). Grazie a questi progressi, è ora possibile ottenere e combinare informazioni importanti per classi di oggetti rappresentativi di diverse fasi evolutive e ricostruire su basi osservative le storie di formazione stellare ed arricchimento chimico delle galassie.

Il contributo dei nostri astronomi a questi lavori è stato molto importante e diversi dei risultati più interessanti a livello mondiale sono stati ottenuti da gruppi con Principal Investigator italiano o, a volte, interamente italiani. In particolare, gli aspetti più importanti di queste ricerche si possono riassumere nello studio delle abbondanze chimiche di vari elementi in stelle appartenenti ad ambienti diversi della nostra galassia, in stelle appartenenti a diverse popolazioni stellari e in stelle appartenenti ad altre galassie.

Per lo studio degli ammassi stellari e stelle di campo nella nostra Galassia e nelle galassie vicine si sfruttano telescopi ottici da terra di classe inferiore agli 8 metri, come il TNG. Per effettuare invece sia spettroscopia multi-oggetto o ad alta risoluzione in popolazioni stellari risolte che surveys fotometriche multibanda vengono utilizzati telescopi ottici da terra della classe degli 8-10 metri come il VLT e il Large Binocular Telescope (LBT), di cui INAF è partner principale.

Per gli studi sull’evoluzione galattica, sulla storia della formazione stellare, delle binarie e delle stelle variabili di ammasso sono preferiti i telescopi spaziali come Chandra, XMM, HST e Spitzer.

Per quanto concerne lo studio della formazione ed evoluzione della nostra Galassia possiamo dire che dallo studio delle abbondanze chimiche di vari elementi nella nostra Galassia si può risalire, in un approccio astro-archeologico, alla formazione ed evoluzione della Galassia stessa. Un altro filone di ricerca in questo campo è il confronto tra l’evoluzione della Via Lattea e delle sue galassie satelliti. La studio delle interazioni tra galassie, in particolare del processo di merging gerarchico, generalmente ritenuto uno dei meccanismi fondamentali del processo di formazione delle galassie, ha conosciuto una grande fioritura nell’ultimo decennio, sotto l’impulso di alcune scoperte fondamentali e della disponibilità di grandi survey di nuova generazione.

I ricercatori italiani vantano anche una tradizione di eccellenza di risultati e di metodologie innovative nello studio fotometrico, astrometrico e spettroscopico, delle popolazioni stellari risolte. Una delle applicazioni attualmente di maggior successo internazionale delle teorie di evoluzione stellare è la derivazione della storia della formazione stellare dalle caratteristiche evolutive e dai diagrammi colore-magnitudine di popolazioni stellari risolte. Questi diagrammi sono uno dei più potenti "strumenti" teorici a disposizione degli astrofisici perché mettono in relazione la temperatura effettiva e la luminosità delle stelle. La temperatura effettiva e la luminosità sono quantità fisiche che dipendono strettamente dalle caratteristiche intrinseche della stella (massa, età e composizione chimica), non sono misurabili direttamente dall'osservatore ma possono essere derivate attraverso modelli fisici. Negli ultimissimi anni, questi studi hanno consentito di capire che nell’Universo locale non esistono galassie che stiano formando ora le loro prime stelle, perché tutte contengono stelle vecchie, e che l’attività di formazione stellare differisce da una regione all’altra anche in galassie piccolissime. Ricercatori italiani sono stati i primi a proporre e a sviluppare i metodi numerici per la derivazione della storia di formazione stellare dai diagrammi colore-magnitudine delle popolazioni risolte, poi ripresi da un numero sempre crescente di gruppi stranieri.

Un altro dei risultati più recenti e rivoluzionari nel campo dell’astrofisica stellare riguarda la scoperte delle popolazioni stellari multiple in amassi globulari e aperti nella nostra Galassia e nelle galassie vicine. I ricercatori italiani sono non solo in prima linea in questa ricerca, ma sostanzialmente quelli che hanno aperto questo filone che in pochi anni ha portato a dover rivedere il concetto stesso di ammasso globulare. Se da una parte lo scenario emergente è molto interessante, esso è comunque ben lontano dall'essere compreso. E’ facilmente prevedibile che nei prossimi anni questo settore di ricerca avrà notevoli sviluppi, sia a livello osservativo che teorico, e che i gruppi italiani saranno sicuramente in prima linea a livello internazionale nel coordinare gli sforzi verso la comprensione delle popolazioni stellari in ammasso.

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