ROMA (ITALPRESS/ECONOMIA DELLO SPAZIO) – Gli astronomi hanno scoperto una delle stelle chimicamente più primitive mai identificate: un’antica reliquia stellare che conserva l’impronta chimica delle primissime stelle dell’Universo. Questa stella, chiamata PicII-503, si trova nella minuscola e debolissima galassia nana Pictor II. La scoperta è stata resa possibile dalla Dark Energy Camera (DECam), realizzata dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti e montata sul telescopio Víctor M. Blanco da 4 metri della National Science Foundation (NSF), presso l’Osservatorio Interamericano NSF Cerro Tololo (CTIO) in Cile, un programma del NSF NOIRLab.
Pictor II si trova nella costellazione del Pittore. Contiene diverse migliaia di stelle e ha più di dieci miliardi di anni. PicII-503 si trova alla periferia della galassia e contiene meno ferro di qualsiasi altra stella mai misurata al di fuori della Via Lattea, pur avendo anche un’estrema sovrabbondanza di carbonio. Queste caratteristiche corrispondono inequivocabilmente a quelle delle stelle ricche di carbonio trovate nelle regioni più esterne della Via Lattea, le cui origini sono rimaste, fino ad ora, un mistero.
Lo studio è stato condotto da Anirudh Chiti, Brinson Prize Fellow presso l’Università di Stanford, e i risultati sono presentati in un articolo pubblicato su Nature Astronomy.
Le prime stelle dell’Universo si sono formate da gas contenente solo gli elementi semplici idrogeno ed elio. Nei loro nuclei incandescenti, questa prima generazione di stelle ha creato i primi elementi più pesanti dell’elio, come il carbonio e il ferro, che gli astronomi chiamano “metalli”. Quando queste stelle sono esplose, hanno rilasciato i loro elementi pesanti nel mezzo interstellare, che sono stati riciclati per dare origine alla successiva generazione di stelle.
Le stelle di seconda generazione sono come capsule del tempo, che preservano le piccole quantità di elementi pesanti rilasciati durante le morti esplosive delle stelle di prima generazione. Cercando queste rare stelle a bassa metallicità e ricavandone la composizione chimica, gli scienziati possono comprendere meglio i meccanismi di produzione iniziale degli elementi nell’Universo.
PicII-503 è il primo esempio inequivocabile di una stella di seconda generazione in una galassia nana ultra-debole.
È stata scoperta grazie ai dati del progetto DECam MAGIC (Mapping the Ancient Galaxy in CaHK), un programma di osservazione di 54 notti progettato per identificare le stelle più antiche e chimicamente primitive della Via Lattea e delle sue galassie nane compagne. Utilizzando uno speciale filtro a banda stretta sensibile alle caratteristiche di assorbimento del calcio, gli astronomi sono stati in grado di stimare il contenuto di metalli di migliaia di stelle a partire dai soli dati di imaging.
Tra le centinaia di stelle vicine a Pictor II, i dati di MAGIC hanno individuato PicII-503 come una candidata eccezionalmente povera di metalli, consentendo ai ricercatori di concentrare il loro studio su di essa. “Senza i dati di MAGIC, sarebbe stato impossibile isolare questa stella tra le centinaia di altre stelle nelle vicinanze della galassia nana ultra-debole Pictor II”, afferma Chiti.
Combinando i dati di MAGIC, del telescopio Magellan/Baade e del Very Large Telescope dell’ESO, il team ha scoperto che PicII-503 presenta le più basse abbondanze di ferro e calcio mai misurate al di fuori della Via Lattea. Questa scarsità di ferro e calcio la rende il primo oggetto che conserva chiaramente l’arricchimento derivante dalle prime stelle in una galassia nana relitto.
“Scoprire una stella che conserva in modo inequivocabile i metalli pesanti delle prime stelle era al limite di ciò che ritenevamo possibile, data l’estrema rarità di questi oggetti”, afferma Chiti. “Con la più bassa abbondanza di ferro mai rilevata in una galassia nana ultra-debole, PicII-503 offre una finestra senza precedenti sulla produzione iniziale di elementi all’interno di un sistema primordiale.”
Ancor più sorprendente, il team ha scoperto che PicII-503 ha un rapporto carbonio-ferro superiore di oltre 1500 volte a quello del Sole. Questa sovrabbondanza corrisponde alla caratteristica firma del carbonio tipica delle stelle a basso contenuto di ferro, osservate da tempo nell’alone della Via Lattea. Queste stelle sono note come stelle povere di metalli e ricche di carbonio, e la loro origine è rimasta sconosciuta fino ad ora.
Un’ipotesi è che le stelle povere di metalli e ricche di carbonio siano stelle di seconda generazione che conservano gli elementi chimici prodotti dalle supernove a bassa energia delle stelle di prima generazione.
Durante questo processo, gli elementi pesanti che si formano vicino all’interno della stella, come il ferro, ricadono nell’oggetto compatto residuo, mentre gli elementi più leggeri che si trovano vicino alle regioni esterne della stella, come il carbonio, vengono espulsi nel mezzo interstellare per innescare la formazione della successiva generazione di stelle.
PicII-503 supporta la spiegazione delle supernove a bassa energia perché si trova in una delle più piccole galassie nane che conosciamo. Se la supernova che ha prodotto i metalli presenti in PicII-503 fosse stata ad alta energia, allora gli elementi sarebbero sfuggiti all’attrazione gravitazionale della piccola galassia nana Pictor II. PicII-503 dimostra inoltre che le stelle ricche di carbonio e povere di metalli osservate nell’alone della Via Lattea hanno probabilmente avuto origine da antiche galassie nane relitto che, nel corso del tempo, si sono fuse con la nostra.
“Ciò che mi entusiasma di più è che abbiamo osservato il risultato della produzione iniziale di elementi in una galassia primordiale, un’osservazione fondamentale!”, afferma Chiti. “Inoltre, si collega in modo chiaro alla firma che abbiamo osservato nelle stelle dell’alone della Via Lattea con la metallicità più bassa, unendo le loro origini alla natura arricchita di elementi primordiali di questi oggetti”.
“Scoperte come questa rappresentano un’archeologia cosmica, portando alla luce rari fossili stellari che conservano le impronte delle prime stelle dell’Universo”, afferma Chris Davis, direttore del programma NSF per NOIRLab. “Ci aspettiamo molte altre scoperte con l’avvio, entro la fine dell’anno, del Legacy Survey of Space and Time dell’Osservatorio Rubin, frutto della collaborazione tra NSF e Dipartimento dell’Energia”.
PicII-503 offre una rara e diretta visione del primo capitolo dell’evoluzione chimica dell’Universo, un momento fondamentale che ha gettato le basi per la formazione dei pianeti, della chimica e della vita stessa. Inoltre, collega i misteri di lunga data riguardanti le stelle antiche della Via Lattea alle loro origini nelle galassie nane primordiali.
– foto di repertorio IPA Agency –
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