Il disco della Via Lattea è nato spesso e ha impiegato 3 miliardi di anni per appiattirsi

La Via Lattea non è nata come il disco sottile e piatto che osserviamo oggi. Età precise delle stelle intorno al Sole mostrano che il primo disco della galassia era uno spesso strato turbolento di gas e stelle giovani, e che si è appiattito rapidamente prima di rallentare fino a un andamento lentissimo che continua ancora oggi.

Questo risponde a una domanda su cui gli astronomi discutono da quattro decenni: le vecchie stelle del disco spesso della Via Lattea sono nate molto al di sopra del piano, oppure sono nate in un disco piatto e sono state spinte verso l’alto in seguito dai bracci a spirale, dalle nubi di gas e dalla barra galattica? Le nuove misurazioni indicano chiaramente la prima risposta, almeno per la giovinezza della galassia.

Il risultato arriva da ChronoGal, un progetto dell’Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) di Tenerife che trasforma i dati del satellite Gaia dell’Agenzia Spaziale Europea in età stellari. Il primo autore, il ricercatore pre-dottorale dell’IAC David Mirabal, l’ha definita «la prima chiara evidenza osservativa a favore di uno dei due modelli per la fase iniziale della Galassia».

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Le due fasi sono nettamente diverse. Nella prima, l’altezza tipica delle stelle del disco rispetto al piano mediano è scesa da oltre 4.100 anni luce a circa 1.600 anni luce in all’incirca 2 miliardi di anni. Dopo un punto di svolta circa 10,85 miliardi di anni fa, l’assottigliamento ha rallentato di un fattore pari a circa cinquanta, e le stelle più giovani si formano oggi in uno strato spesso circa 400 anni luce.

Come le età di Gaia hanno trasformato un dibattito di 40 anni in una misurazione

Gaia ha misurato le posizioni, i moti e la luminosità di oltre un miliardo di stelle, ma non assegna a nessuna di esse un’età. ChronoGal ricava le età statisticamente. Il team costruisce un diagramma colore-magnitudine, un grafico che mostra quanto ogni stella sia luminosa e quanto sia blu o rossa, e lo adatta a stelle sintetiche di età e composizione chimica note ricavate da modelli di evoluzione stellare. La combinazione migliore indica quante stelle si sono formate a ciascuna età e metallicità.

Il metodo raggiunge una precisione sull’età migliore del 5%, il che significa un errore di circa 500 milioni di anni persino per stelle con più di 10 miliardi di anni. Questa precisione è il punto centrale. Studi precedenti raggruppavano le stelle in base alla composizione chimica, usata come indicatore dell’età, e i gruppi mescolavano stelle di età molto diverse, offuscando proprio i cambiamenti iniziali e rapidi che questo team stava cercando.

I ricercatori hanno lavorato in due cilindri centrati sul Sole: uno con un raggio di circa 815 anni luce per stelle su orbite fredde e piatte, e uno con un raggio di circa 2.450 anni luce per stelle su orbite più calde e inclinate. Hanno diviso entrambi in otto strati fino a circa 3.260 anni luce sopra e sotto il piano, corretto per ogni stella persa a causa della polvere o troppo debole per Gaia, e raggruppato i risultati in popolazioni che condividono un’età e una metallicità.

Per ogni popolazione hanno quindi misurato l’altezza di scala, un parametro standard per stabilire fino a che distanza dal piano si distribuiscono le sue stelle prima di diradarsi. Tracciando l’altezza di scala rispetto all’età sono emerse due rette con una brusca piega fra loro. Un modello adattato ai dati ha collocato la piega a 10,85 miliardi di anni fa, con un’incertezza di circa 130 milioni di anni.

Nate gonfie, non sollevate dagli urti

Due idee erano in competizione. Nel modello del riscaldamento, le stelle nascono sempre in uno strato sottile e freddo e, nel corso di miliardi di anni, gli incontri con nubi di gas, bracci a spirale e la barra aumentano le loro orbite, così le stelle vecchie si trovano più in alto semplicemente perché sono state perturbate più a lungo. Nel modello capovolto, il gas della giovane galassia era esso stesso turbolento e spesso, quindi le prime stelle nascevano in alto e ogni generazione successiva si formava in uno strato più calmo e sottile.

Il riscaldamento è lento e costante. Non può spiegare facilmente un disco che ha perso più della metà del proprio spessore in circa 2 miliardi di anni, soprattutto in una giovane galassia che stava ancora inglobando galassie più piccole, un processo che avrebbe dovuto mantenerla calda. L’ultima grande collisione, con una galassia nana nota come Gaia-Sausage-Enceladus, è avvenuta circa 10 miliardi di anni fa, pressappoco quando si è conclusa la fase rapida. Gli autori concludono che l’intero stadio turbolento e capovolto sia durato circa 3 miliardi di anni.

Il confronto rende facile percepire la scala del fenomeno. Le popolazioni più antiche dello studio si estendono più in alto della consueta altezza di scala, riportata nei manuali, del disco spesso, pari a circa 2.900 anni luce. Il Sole, nato circa 4,6 miliardi di anni fa, appartiene alla fase calma, quando il tasso di assestamento era sceso a circa 120 anni luce per miliardo di anni. Nelle parole degli autori, le stelle più antiche e gonfie sono «un fossile strutturale della fase di assemblaggio della Galassia primordiale».

Il modello corrisponde anche alle simulazioni cosmologiche. I modelli di galassie simili alla Via Lattea, comprese le simulazioni FIRE-2, prevedono una prima epoca caotica e intermittente in cui le stelle nascono su orbite disordinate, seguita da un rapido collasso in un disco sottile in rotazione. Uno studio distinto pubblicato quest’anno ha datato a circa 12 miliardi di anni fa, con un ampio margine d’incertezza, il momento in cui la Via Lattea ha iniziato a ruotare come un disco: un risultato compatibile con l’inizio del rapido assottigliamento.

Cosa non chiariscono le età stellari

La misurazione copre soltanto il vicinato solare, alcune migliaia di anni luce attorno al Sole. La Via Lattea misura circa 100.000 anni luce da un capo all’altro, e il disco interno e quello esterno potrebbero essersi assestati secondo tempi diversi. Le stelle migrate dalla galassia interna, insolitamente ricche di metalli, sono state escluse dall’adattamento perché non avrebbero seguito la tendenza locale.

La fase iniziale rapida si basa su pochi punti. L’incertezza sulla pendenza alle età più antiche è grande: il tasso di assestamento nella fase rapida potrebbe essere circa il 45% più basso o il 75% più alto della stima migliore. Per le due popolazioni più antiche, il team ha potuto fissare soltanto limiti inferiori per l’altezza di scala, e alcune popolazioni del campione più caldo hanno dovuto essere separate manualmente, sebbene gli autori riferiscano la stessa conclusione quando dividono i dati in modo uniforme.

Neppure il riscaldamento è stato escluso. Per la fase calma, l’assottigliamento graduale si adatta ugualmente bene a entrambi i modelli. Le simulazioni suggeriscono che i due processi agiscano insieme, con il riscaldamento che contribuisce per il 30%-40% all’aumento complessivo dell’altezza di scala con l’età. E ogni età nello studio dipende dai modelli di evoluzione stellare, perciò un errore sistematico in quei modelli sposterebbe l’intera cronologia.

Domande comuni sui dischi spesso e sottile della Via Lattea

Che cos’è il disco spesso della Via Lattea?

È uno strato di stelle più gonfio e più antico che si sovrappone al disco sottile, dove si trovano i bracci a spirale e la maggior parte delle stelle giovani. Le sue stelle hanno in genere più di circa 10 miliardi di anni, sono più povere di metalli e seguono orbite più inclinate. Il nuovo studio suggerisce che si sia formato per primo, da gas turbolento, anziché essersi riscaldato in seguito a partire dal disco sottile.

Come misurano gli astronomi l’età di una stella?

Per le singole stelle è difficile, perché il colore e la luminosità di una stella cambiano lentamente nell’arco di miliardi di anni. ChronoGal confronta simultaneamente i colori e la luminosità di grandi campioni di stelle con modelli stellari, ottenendo età con una precisione migliore del 5% per intere popolazioni, circa 500 milioni di anni per le più antiche.

Quanto è spesso il disco della Via Lattea?

Dipende dall’età delle stelle. Le stelle più giovani si formano in uno strato la cui altezza di scala è di circa 400 anni luce, mentre le popolazioni più antiche di questo studio superano i 4.100 anni luce. La galassia stessa misura circa 100.000 anni luce da un capo all’altro, quindi persino il disco spesso è sottile rispetto alla sua larghezza.

Cosa significa formazione capovolta?

Significa che il disco si è formato dall’alto verso il basso: le prime stelle sono nate in uno spesso strato turbolento di gas e ogni generazione successiva si è formata in uno più sottile e tranquillo. L’idea opposta sostiene che ogni stella sia nata in uno strato sottile e si sia spostata verso l’alto soltanto col tempo.

Cosa succederà ora

L’articolo è apparso su The Astrophysical Journal Letters il 16 ottobre 2026 e l’IAC ha annunciato il risultato il 19 ottobre. ChronoGal è finanziato da un Advanced Grant del Consiglio europeo della ricerca e ha già applicato lo stesso metodo Gaia alla galassia interna e alle stelle più antiche del disco.

Il prossimo test arriverà il 2 dicembre 2026, quando l’ESA pubblicherà Gaia Data Release 4, che copre 5,5 anni di osservazioni. Distanze e moti più precisi per stelle più lontane dovrebbero permettere ai team di verificare se la piega di 10,85 miliardi di anni fa compaia oltre il vicinato del Sole, oppure se la galassia si sia assestata secondo un ritmo diverso altrove.

Riferimento: Mirabal et al., “A Two-stage Settling of the Milky Way Disk Revealed by Precise ChronoGal Ages,” The Astrophysical Journal Letters, 2026. DOI: 10.3847/2041-8213/aeb0a3

Tag: astronomia, ChronoGal, disco spesso, età delle stelle, formazione delle galassie, Gaia

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