Michela Mapelli, astrofísica teòrica italiana, nascuda el 1977. Ha treballat en formació d’estrelles en el nucli galàctic, cúmuls d’estrelles joves i forats negres. Ha estat Premi Merac 2015 de la Societat Astronòmica Europea.
Carrera científica
Va estudiar la secundària al Liceo Zucchi de Monza. La seva vida universitària la comença estudiant Filosofia i Lletres a la universitat de Milà de 1996 a 1998 i passa després a estudiar física a la universitat Bicocca de Milà fins el 2002. Fa el doctorat en astrofísica a l’Escola Internacional d’Estudis Avançats (SISSA, sigles en italià) de Trieste entre 2003 i 2006 amb una tesi de títol «Empremtes romanents de les fonts de reionització», que fa referència a l’època de reionització ***, quan l’univers tenia entre 150 i 1000 milions d’anys i el gas hidrogen va passar de ser pràcticament neutre a estar pràcticament del tot ionitzat.
Michella Mapelli. Imatge de (1)
Va fer dues estades postdoctorals, de 2007 a 2009 a la universitat de Zuric, Suïssa i de 2009 a 2011 a la universitat de Bicocca de Milà, desenvolupant un model d’ordinador de forat negre estel·lar massiu. Des de 2011, dirigeix el grup d’investigació de formació i dinàmica estel·lar a l’Observatori Astronòmic de Pàdua de l’Institut Nacional d’Astrofísica d’Itàlia, on continua treballant en forats negres estel·lars massius i ha començat a treballar en dinàmica del centre de la nostra galàxia. Ha estat guanyadora del premi MERAC 2015 de la Societat Astronòmica Europea per les seves contribucions «teòriques i computacionals a la dinàmica de cúmuls estel·lars i galàxies, l’època de la reionització, el centre galàctic i la formació de forats negres estel·lars massius».
(1) (2) (3)
Formació i dinàmica d’estrelles en el nucli galàctic
El nucli galàctic acostuma a ser un lloc hostil per la formació d’estrelles, ja que les forces de marea pertorben els núvols moleculars que s’acosten massa al centre de la galàxia. Però malgrat això, diu Michella Mapelli a la web del seu grup, han observat centenars d’estrelles joves en el lloc més intern de la Via Làctia i tenen indicis que apunten a episodis recents de formació d’estrelles en altres nuclis de galàxies properes. Mapelli i el seu grup investiguen, a través de simulacions d’ordinador (hidrodinàmica de N-cossos), la formació d’estrelles al voltant de forats negres supermassius que es troben en el nucli galàctic. Simulen les pertorbacions en els núvols moleculars i la formació d’anells al voltant del nucli. El seu últim repte és provar l’existència de planetes sense estrelles lligats als forats negres supermassius.
Centre de la Via Làctia.
Imatge NASA/JPL-Caltech/ESA/CXC/STScI http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA12348
En un treball publicat el 2015 (5), explica que el centre de la nostra galàxia, a 8 kpc (26 mil anys-llum) del Sol, és el lloc ideal per estudiar processos extrems que es produeixen al voltant d’un forat negre supermassiu. Desenes d’estrelles joves, que es troben en un estret anell de radi intern 0,13 anys-llum, tenen òrbites de baixa excentricitat, però unes 30, encara més properes al forat negre, tenen òrbites orientades aleatòriament i molt excèntriques. La formació d’aquestes estrelles ha estat un trencaclosques durant molt temps, ja que les forces de marea que crea el forat negre dispersen els núvols moleculars abans que es puguin fragmentar en estrelles. Mapelli diu que estem encara lluny d’entendre com es formen les estrelles en aquestes condicions, però apunta el camí que s’haurà de seguir per avançar en la seva comprensió: noves observacions, com les que proporcionarà el telescopi ALMA (6) o el VLT (7) permetran conèixer millor les òrbites i les propietats de les estrelles més properes al forat negre, la pròpia massa d’aquest i la massa continguda en tot el centre galàctic.
(4) (5) (6) (7)
Cúmuls d’estrelles joves
En la simulació de cúmuls d’estrelles joves s’han de tenir en compte tres aspectes: la hidrodinàmica del núvol molecular, la dinàmica de les estrelles acabades de formar i l’evolució d’estrelles i sistemes binaris. En un article de 2014 (6), Mapelli i altres, han trobat la relació entre l’evolució dels cúmuls massius (d’unes 30.000 vegades la massa solar) d’estrelles joves i la metal·licitat *** . Si el nucli del cúmul col·lapsa lentament amb comparació a l’evolució estel·lar, la pèrdua de massa per vent estel·lar (flux de partícules que surt de l’estrella) i supernoves és el mecanisme dominant en l’evolució del cúmul. Però si el nucli col·lapsa en un temps comparable al de la vida de les estrelles massives, l’evolució del cúmul depèn de la interacció entre la pèrdua de massa i les trobades de tres cossos i aleshores juga la metal·licitat: per nuclis pobres en metalls, el procés dominant és l’escalfament dinàmic provocat per les trobades de tres cossos, mentre que per nuclis rics en metalls domina el vent estel·lar i les supernoves. Com conseqüència, el cúmul s’expandeix més en el cas de nuclis pobres en metalls.
(4) (8)
Forats negres
Mapelli i altres, proposen en 2009 (7) que els forats negres amb massa entre 20 i 120 vegades la massa solar, es formen per col·lapse directe d’estrelles massives (més de 40 vegades la massa solar) amb metal·licitat més baixa que el Sol. Més de 100.000 forats negres es podrien haver format així a l’anell baix en metalls de la galàxia Roda de Carro, durant els darrers 10 milions d’anys. Mostren que aquests forats negres podrien alimentar les fonts de raigs X ultra-lluminosos observats en aquesta galàxia.
En un article de 2014 (8) Mapelli i altres fan simulacions de la dinàmica dels forats negres estel·lars en els cúmuls d’estrelles joves amb relació a la metal·licitat. La massa de les restes estel·lars depèn de la metal·licitat de les estrelles progenitores. Troben que la formació de forats negres binaris es molt eficient. A les seves simulacions troben 10 vegades més parelles de forats negres que d’estrelles de neutrons. Les parelles de forats negres es formen abans en cúmuls d’estrelles joves pobres en metalls, els quals tenen més forats negres massius, que en cúmuls rics en metalls. Les parelles de forats negres simulats tenen masses de fins 80 vegades la del Sol, assumint que la seva massa depèn de la metal·licitat i poden créixer per unió amb estrelles properes. El rang de masses de forats negres i forats negres binaris de la simulació és el que els detectors d’ones gravitacionals VIRGO i Advanced LIGO podrien detectar.
(4) (9) (10)
*** Reionització
Uns 400.000 anys després del Big Bang, el refredament degut a l’expansió de l’univers va permetre la combinació de protons i electrons (càrregues) per formar hidrogen (neutre). Entre 150 i 1000 milions d’anys després del Big Bang te lloc el procés invers, tornant a la formació d’ions, la reionització. L’alta temperatura i la gran radiació present separen de nou protons i electrons i la dispersió de la matèria provocada per l’expansió de l’univers evita que es tornin a reunir. L’univers queda ple d’un hidrogen ionitzat de baixa densitat.
*** Metal·licitat
Mesura l’abundància relativa d’elements més pesats que l’heli en una estrella. De les estrelles amb una composició relativament alta de carbó, nitrogen, oxigen o neó es diu que són riques en metalls. Metal·licitat no és, per tant, una mesura de la composició en metalls de l’estrella, en el sentit habitual del terme metalls.
Ja que una estrella va evolucionant en el temps canviant la seva composició, la metal·licitat és una estimació de la seva edat. Segons la teoria del Big Bang, l’univers estava format al principi per hidrogen i heli i traces de liti i beril·li. A l’interior de les estrelles es formen la resta d’elements mitjançant reaccions nuclears i després, mitjançant el vent estel·lar i les explosions de supernoves es dispersen per l’univers. Com exemple, la metal·licitat del Sol és 0,02, tant per 1 d’elements fora de l’hidrogen i l’heli.
Emissió de Ràdio Banyoles, dins del programa d’Astrobanyoles
“Sopa d’estrelles” del 20 d’abril de 2016.
Fonts d’informació utilitzades
(1) Pàgina personal a INAF – Osservatorio Astronomico di Padova http://web.pd.astro.it/mapelli/
(2) Currículum Vitae Michella Mapelli. Europass.
http://www.phys.uniroma1.it/fisica/sites/default/files/bandi/CV/mapellicv.pdf
(3) MERAC Prizes 2015. European Astronomical Society. http://eas.unige.ch/merac_prizes.jsp
(4) ‘Formation and Dynamics of Stars’ research team at the Astronomical Observatory of Padova
http://web.pd.astro.it/mapelli/group.html#research
(5) Michela Mapelli, Alessia Gualandris, «Star Formation and Dynamics in the Galactic Centre»,
arXiv:1505.05473 [astro-ph.GA]. Cornell University Library. 20.05.2015.
http://arxiv.org/abs/1505.05473
(6) Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) http://www.almaobservatory.org/
(7) Very Large Telescope VLT, Paranal, Xile. http://www.eso.org/public/teles-instr/paranal/
(8) A. A. Trani, Michella Mapelli i altres. «The impact of metallicity-dependent mass loss versus dynamical heating on the early evolution of star clusters», arXiv:1409.3006 [astro-ph.GA]. Cornell University Library. 10.09.2014. http://arxiv.org/abs/1409.3006
(9) M. Mapelli i altres. «Low metallicity and ultra-luminous X-ray sources in the Cartwheel galaxy», arXiv:0902.3540 [astro-ph.HE]. Cornell University Library. 20.02.2009.
http://arxiv.org/abs/0902.3540
(10) Brunetto Marco Ziosi, Michela Mapelli i altres. «Dynamics of stellar black holes in young star clusters with different metallicities – II. Black hole-black hole binaries», arXiv:1404.7147 [astro-ph.GA]. Cornell University Library. 28.04.2014. http://arxiv.org/abs/1404.7147