Le stelle più vecchie della Via Lattea

Gli astronomi hanno scoperto alcune tra le stelle più antiche della Via Lattea le cui proprietà cinematiche e di composizione chimica potrebbero fornirci preziosi indizi su quello che doveva essere lo stato fisico dell’Universo subito dopo il Big Bang. I risultati sono pubblicati su Nature

Illustrazione del concetto di ipernova, una super esplosione stellare circa 10 volte superiore a quella di una supernova ordinaria. Credit: ESO
Illustrazione del concetto di ipernova, una super esplosione stellare circa 10 volte superiore a quella di una supernova ordinaria. Credit: ESO

Un gruppo internazionale di astronomi, guidati dai ricercatori dell’University of Cambridge e dell’Australian National University (ANU), hanno identificato alcune tra le stelle più vecchie della nostra galassia, un risultato importante che potrebbe fornire agli scienziati nuovi indizi sull’Universo primordiale e sull’evoluzione finale delle prime stelle. Queste stelle, che sono rimaste nelle regioni più centrali della Via Lattea per miliardi di anni, possiedono uncontenuto estremamente basso di metalli: in particolare, una delle stelle detiene il record degli oggetti più poveri di metalli che sono stati scoperti fino ad oggi nella nostra galassia. Inoltre, le stelle contengono una sorta di “impronta chimica” che indica come le prime stelle abbiano subito una morte spettacolare: stiamo parlando delle ipernovae, esplosioni stellari dieci volte più energetiche di una supernova ordinaria. I risultati, riportati su Nature, potrebbero aiutare gli scienziati a comprendere ancora più in dettaglio l’evoluzione dell’Universo.

Da decenni, gli astronomi stanno tentando di delineare sempre più lo stato fisico del nostro Universo subito dopo il Big Bang, andando a studiare la formazione e l’evoluzione delle prime stelle e galassie. Se da un lato i ricercatori esplorano le galassie più distanti e remote che si trovano a miliardi di anni luce dalla Terra, dall’altro essi si focalizzano sulle regioni più interne della Via Lattea, analizzando le stelle più vecchie al fine di dedurre la loro composizione chimica e le proprietà cinematiche. Subito dopo il Big Bang, la composizione chimica dell’Universo era caratterizzata sostanzialmente da idrogeno, elio e da piccole percentuali di litio. Tutti gli altri elementi, come l’ossigeno che respiriamo o il sodio presente nel dentifricio, sono stati creati all’interno delle stelle o sono stati spazzati nel mezzo interstellare a seguito delle esplosioni stellari. Ciò ha portato gli astronomi a cominciare a cercare stelle estremamente povere di metalli, cioè stelle ricche di idrogeno ma povere di altri elementi.

Una delle ipotesi maggiormente accettate è che le stelle più antiche, ossia le primissime stelle, si sarebbero formate nel cuore della Via Lattea, dove cioè gli effetti della forza gravitazionale sono decisamente importanti. Ma dopo decenni di studi e ricerche, i ricercatori hanno trovato che la maggior parte delle stelle presenti nelle regioni centrali della nostra galassia hanno un contenuto di metalli simile a quello che caratterizza gli oggetti più vicini a noi. Ora, mentre le stelle presenti al centro della Via Lattea sono circa 7 miliardi di anni più vecchie del Sole, esse non sono ancora abbastanza antiche da fornirci delle indicazioni sullo stato fisico primordiale dell’Universo.

Immagine composita a colori ottenuta dal telescopio SkyMapper dell’ANU che mostra una porzione ridotta del bulge della Via Lattea. Credit: ANU/SkyMapper team
Immagine composita a colori ottenuta dal telescopio SkyMapper dell’ANU che mostra una porzione ridotta del bulge della Via Lattea. Credit: ANU/SkyMapper team

 

Grazie, però, ai telescopi situati in Australia e Cile, gli astronomi potrebbero aver trovato una strategia vincente per identificare le stelle più antiche della nostra galassia. Di fatto, le stelle povere di metalli appaiono più blu rispetto agli altri oggetti, una differenza sostanziale che può essere utilizzata per discriminare tra milioni di stelle distribuite nel cuore della Via Lattea. Le immagini riprese con il telescopio SkyMapper della ANU in Australia hanno permesso di selezionare 14.000 oggetti per analizzare successivamente la luce con uno spettrografo installato su un telescopio di dimensioni più grandi situato in Cile. I 23 oggetti che sono i candidati migliori risultano tutti poveri di metalli e di questi il team ne ha identificati 9 con un contenuto di metalli inferiore a 1/1000 della quantità presente nel Sole, tra cui un oggetto con una percentuale pari addirittura a 1/10000, che lo certifica come la stella più povera di metalli finora conosciuta presente nel centro della nostra galassia.

«Se si potesse comprimere nel pugno di una mano tutto il ferro presente nel Sole», spiega Andrew Casey dell’Istituto di Astronomia di Cambridge e co-autore dello studio, «per confronto, alcune di queste stelle ne conterrebbero appena una piccolissima parte, come un sassolino. Si tratta davvero di oggetti molto, molto differenti». Ad ogni modo, il fatto di sapere che queste stelle possiedono piccole percentuali di metalli non basta per capire quando effettivamente si sono formate durante le fasi primordiali della storia cosmica. Potrebbero essere stelle che si sono formate molto più tardi in altre regioni della Via Lattea che non erano così dense e ora stanno, per così dire, attraversando le regioni più centrali.

Dunque, per discriminare tra queste possibilità, i ricercatori hanno misurato le distanze e hanno effettuato misure precise del moto stellare in modo da risalire alle loro posizioni nel passato. Gli scienziati hanno trovato che alcune stelle si trovano in una fase di “passaggio” e nel caso di 7 oggetti è stato trovato che tutte hanno speso la maggior parte della loro vita nelle regioni più centrali della nostra galassia. In altre parole, le simulazioni numeriche suggeriscono che le stelle di questo tipo devono essersi formate durante le epoche primordiali della storia cosmica. «Si sono tantissime stelle nelle regioni centrali della Via Lattea», aggiunge Casey. «Identificarle è un po’ come trovare un ago in un pagliaio. Ma se le selezioniamo nel modo corretto, diventa come bruciare una fattoria per poi spazzare gli aghi con un magnete».

Secondo gli autori, quando le prime stelle sono arrivate alla fine del loro ciclo evolutivo, esse lasciarono una sorta di “impronta chimica” sulla generazione successiva di stelle. Questo “indicatore” suggerisce che le prime stelle avrebbero attraversato delle spettacolari fasi finali di morte e distruzione, dette ipernovae, esplosioni stellari che sono circa 10 volte più energetiche di una “normale” supernova. “Questo lavoro conferma che esistono stelle molto antiche nel centro galattico”, conclude Casey. «L’impronta digitale chimica, se così possiamo chiamarla, impressa su quelle stelle ci fornisce degli indizi su un’epoca dell’Universo che sarebbe altrimenti inaccessibile. E’ molto probabile che l’Universo primordiale fosse un luogo molto diverso, ma per sapere ‘quanto diverso’ dobbiamo trovare altre stelle di questo tipo, insomma molti più aghi in pagliai più grandi».

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Articolo originale QUI.

 

 

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1 Commento    |    Aggiungi un Commento

  1. Secondo me l'articolo di Media INAF in questo caso è abbastanza confuso e non fa veramente capire l'importanza di questa scoperta, nè le sue implicazioni. Vorrei chiarire che questo tipo di studio affronta tre aspetti di particolare importanza in fisica stellare:

    1) Il punto zero della formazione stellare
    2) La metallicità e il suo ruolo nell'evoluzione stellare
    3) La formazione della galassia

    Riguardo al punto 1), non sappiamo ad oggi qual è il momento preciso in cui si siano formate le prime stelle. Tutti i valori stimati, che parlano intorno ai 200 milioni di anni dopo il BB, sono estrapolazioni. Trovare stelle particolarmente antiche e studiarne l'evoluzione, ci aiuterebbe molto a capire quando esse possano di fatto essersi formate, e che tipo di progenitori potrebbero aver avuto.

    Il punto 2) è ancora ad oggi un problema aperto nella fisica dell'evoluzione stellare. La metallicità gioca un ruolo importante nei processi di assorbimento della radiazione da parte dei vari elementi presenti all'interno della stella, dunque cambia l'opacità del mezzo, e di conseguenza anche l'irraggiamento verso l'esterno, nonchè i tempi scala caratteristici per i processi di rimescolamento degli elementi, e dunque l'età stessa della stella. Capire come la metallicità influenza l'evoluzione della stella è fondamentale per capire meglio come le stelle si comportano. Ci si sta comunque muovendo bene in questa direzione con l'uso di survey di tipo spettroscopico, che ci permettono di misurare la metallicità in grandi numeri di stelle.

    Il punto 3) è un altro punto fondamentale per la nostra comprensione dell'Universo. A primo acchito uno è portato a pensare che le stelle più vecchie dovrebbero trovarsi nel centro della Via Lattea, perchè per effetto gravitazionale sono anche quelle che prima fra le altre si sono agglomerate insieme. Invece, quello che si è osservato fin'ora (fino a prima che questo studio su Nature venisse pubblicato), è che le stelle più vecchie (sostanzialmente associate alle metallicità più basse, quindi popolazione II o addirittura III in alcuni casi), si trovano nell'alone galattico, cioè nello strato più esterno. Lo studio su Nature invece ci da una conferma molto importante: che le stelle più povere in assoluto di metalli sono invece ancora li, nel bulge galattico, cioè nella zona più centrale di tutta la galassia.
    Perchè non si riusciva a vederle? Essenzialmente perchè nel bulge la densità stellare è così elevata che la maggior parte delle strumentazioni disponibili e le stesse tecniche di analisi, hanno seri problemi a risolvere le singole stelle. Misure di metallicità diventano molto molto complicate.

    A questo punto uno si può chiedere: ma perchè dunque troviamo stelle vecchie nell'alone, cioè lontano dal centro di gravità della galassia, mentre troviamo stelle giovani nel centro della galassia? Il motivo è che dove la quantità di stelle è maggiore, è anche maggiore il tasso di formazione stellare. Se esplodono più supernovae, anche il mezzo interstellare viene arricchito di elementi più pesanti (metalli) e le nuove stelle che si formano sono quindi più ricche di metalli. Per contro nell'alone, tutto è molto più inerte, e le stelle che un tempo si sono formate e agglomerate in quella zona esterna della galassia, sono rimaste pressocché invariate.

    Il difficile dunque è trovare, in mezzo ai miliardi di stelle che formano il bulge galattico, quelle che prima fra tutte le altre si sono formate. In questo caso lo studio su Nature ci mostra che finalmente gli astronomi sono riusciti a trovarle, e questa è una scoperta molto importante!