
28 Ott 2021 Tracce delle Primissime Stelle
Le prime stelle a risplendere nell’Universo si formarono a partire dalla materia emersa dal Big Bang. Individuare una di queste stelle è un compito estremamente difficile, ma possiamo indagare sulle stelle di generazione immediatamente successiva. Un team di astronomi ritiene di aver individuato una stella antichissima, che incorpora gli elementi creati nel cuore di una gigantesca “prima stella” esplosa in ipernova.
Le primissime stelle, chiamate “stelle di popolazione III”, erano composte soltanto di idrogeno, elio e poco litio, gli unici elementi esistenti prima che i processi nucleari nel cuore delle stelle stesse creassero elementi più pesanti, come ossigeno, azoto, carbonio e ferro. Al termine della loro vita, le prime stelle dispersero nel mezzo interstellare i metalli prodotti durante la loro evoluzione, elementi che andarono ad arricchire le nubi gassose da cui si formarono le generazioni stellari successive. Subito dopo il Big Bang l’Universo assomigliava a una zuppa cosmica di particelle calde ed estremamente energetiche.
Dopo un’epoca, chiamata età oscura, in cui il cosmo era ricco di idrogeno neutro e privo di sorgenti luminose, si iniziarono a formare stelle e galassie, tanto da permettere ad un certo punto alla luce di filtrare attraverso la nebbia per ionizzare l’idrogeno neutro, dando il via all’epoca della “reionizzazione”. Così “si accese” di luci il nostro Universo. Studiare il momento in cui il cosmo fu inondato per la prima volta di luce stellare è una questione fondamentale in Astronomia. Gli scienziati ritengono che il processo di reionizzazione dell’idrogeno si sia completato circa 13 miliardi di anni fa, durante il primo miliardo di anni del cosmo, quando erano già presenti bolle diffuse di gas ionizzato che gradualmente crescevano e si sovrapponevano.
AS0039, localizzata nella Galassia Nana Ellittica dello Scultore a 290.000 anni luce da noi, presenta una composizione chimica tale da suggerire che incorpori elementi provenienti da una stella di Popolazione III esplosa in supernova. Secondo uno studio guidato da Ása Skúladóttir dell’Università di Firenze si tratterebbe della stella a metallicità più bassa tra quelle scoperte al di fuori della Via Lattea e della stella con la quantità di carbonio più ridotta mai osservata. Se queste ipotesi venissero confermate, AS0039 potrebbe rivelarsi la chiave per aiutarci a comprendere l’evoluzione delle prime stelle nell’Universo. “Siamo in presenza di una stella secondaria con caratteristiche chimiche eccezionali: ha una ridotta abbondanza di ferro, non è neppure ricca di carbonio e presenta una quantità di magnesio estremamente bassa rispetto ad altri elementi più pesanti, come il calcio”, spiega Skúladóttir.
Attualmente abbiamo a disposizione teorie che ci danno un’idea di come potessero essere le prime stelle del cosmo, ma individuarle effettivamente si rivela estremamente difficile, perché da tempo immemore potrebbero essere esplose in supernove. Scoprire le loro tracce potrebbe rivelarsi il metodo migliore per indagare sull’aspetto dell’Universo primordiale. Questo significa andare a caccia di stelle estremamente povere di elementi pesanti, quasi direttamente forgiate dalla materia creata in seguito al Big Bang. Gli elementi pesanti generati nei cuori delle primissime stelle si sono diffusi nel cosmo primordiale, rimanendo incorporati nelle generazioni successive.
AS0039 è interessante in questo senso, perché estremamente povera di metalli. In realtà, tutta la galassia in cui si trova è piuttosto povera di elementi pesanti: ciò implica che le sue stelle siano particolarmente antiche. La galassia nana ellittica dello Scultore, in effetti, comprende solo il 4 percento del carbonio contenuto nella Via Lattea. Ma il team ha scoperto che la stella oggetto dello studio è carente di carbonio e magnesio ancor più di quanto non lo siano altre stelle povere di metalli. Questa scoperta fornisce indizi sull’ambiente in cui AS0039 si è formata. I dati suggeriscono che la stella abbia acquisito la sua composizione chimica dall’esplosione di una supernova estremamente energetica, un’ipernova.
Durante le esplosioni di stelle massicce si vengono a formare elementi come calcio e titanio, in quantità particolarmente elevate se la stella esplosa era eccezionalmente massiccia, come avviene nel caso di un’ipernova. Secondo le simulazioni realizzate dal team, AS0039 avrebbe acquisito gli elementi espulsi da un’ipernova derivante dall’esplosione di una stella di Popolazione III, nata con metallicità quasi nulla. AS0039 rappresenta quindi un’eccezionale opportunità per comprendere le prime stelle dell’Universo. Lo studio è pubblicato su The Astrophysical Journal Letters.
Nell’immagine rappresentazione artistica di un ambiente cosmico primordiale
Image credit: NASA/ESA/ESO/Wolfram Freudling et al. (STECF)