SPLUS J210428.01−004934.2: una delle stelle più antiche dell’universo

Una stella gigante rossa distante 16.000 anni luce potrebbe essere un membro autentico della seconda generazione di stelle dell’Universo.

Secondo un’analisi della sua composizione chimica, sembra contenere elementi che pèossono essere stati prodotti in vita e in morte solo da una stella di prima generazione. Pertanto, grazie a questa scoperta, potremmo persino individuare qualche rappresentante della prima generazione di stelle.

Inoltre, i ricercatori hanno eseguito la loro analisi utilizzando la fotometria, una tecnica che misura l’intensità della luce, sperimentando così un nuovo modo per trovare oggetti così antichi.

“Riportiamo la scoperta di SPLUS J210428.01−004934.2 (di seguito SPLUS J2104−0049), una stella ultra-povera di metalli selezionata dalla sua fotometria S-PLUS a banda stretta e confermata dalla spettroscopia a media e alta risoluzione“, così hanno scritto i ricercatori nel loro articolo.

“Queste osservazioni proof-of-concept fanno parte di uno sforzo in corso per confermare spettroscopicamente i candidati a bassa metallicità identificati dalla fotometria a banda stretta“.

Le stelle più antiche

Sebbene ci sentiamo come se avessimo una buona conoscenza di come l’Universo sia cresciuto dal Big Bang, le prime stelle ad accendere le loro luci lampeggianti nell’oscurità primordiale, note come stelle di Popolazione III , rimangono un mistero.

Gli attuali processi di formazione stellare ci danno alcuni indizi su come si siano formate, ma finché non troveremo le prime nate, basiamo la nostra comprensione su informazioni incomplete.

Una scia di briciole di pane sono le stelle di Population II, la successiva generazione dopo Population III. La generazione immediatamente successiva a Popolazione III è forse la più eccitante, poiché è la composizione più vicina alla Popolazione III.

Possiamo identificarle dalla loro bassissima abbondanza di elementi come carbonio, ferro, ossigeno, magnesio e litio, rilevati analizzando lo spettro di luce emessa dalla stella, che contiene le impronte chimiche degli elementi in essa contenuti.

Questo perché, prima che le stelle nascessero, non c’erano elementi pesanti: l’Universo era una sorta di zuppa torbida composta principalmente da idrogeno ed elio. Quando si sono formate, le prime stelle dovevano essere composte proprio da questi elementi: è attraverso il processo di fusione termonucleare nei loro nuclei che si sono formati gli elementi più pesanti.

In primo luogo, l’idrogeno viene fuso in elio, quindi l’elio in carbonio e così via fino al ferro, a seconda della massa della stella (le più piccole non hanno abbastanza energia per fondere l’elio in carbonio e pongono fine alla loro vita quando raggiungono quel punto). Quelle più massicce, invece, non hanno abbastanza energia per fondere il ferro; quando il loro nucleo è interamente di ferro, diventano supernovae.

Queste colossali esplosioni cosmiche proiettano tutto quel materiale fuso nello spazio vicino; inoltre le esplosioni sono così energiche da generare una serie di reazioni nucleari che forgiano elementi ancora più pesanti, come l’oro, l’argento, il torio e l’uranio. Le baby stelle che si formano poi dalle nuvole di residui stellari che contengono questi materiali hanno una metallicità superiore rispetto alle stelle precedenti.

Le stelle di oggi – Popolazione I – hanno la più alta metallicità (a proposito, questo significa che alla fine nessuna nuova stella sarà in grado di formarsi, poiché l’approvvigionamento di idrogeno dell’Universo sarà finito). E le stelle nate quando l’Universo era molto giovane hanno una metallicità molto bassa, con le prime stelle conosciute come stelle ultra-povere di metalli o stelle UMP.

Queste UMP sono considerate stelle di Popolazione II, arricchite dal materiale di una singola supernova di Popolazione III.

Utilizzando un sondaggio fotometrico chiamato S-PLUS, un team di astronomi guidato dal NOIRLab della National Science Foundation ha identificato SPLUS J210428-004934, e sebbene non abbia la metallicità più bassa che abbiamo mai rilevato (quell’onore appartiene a SMSS J0313-6708 ), ha una metallicità media per una stella UMP.

Ha anche la più bassa abbondanza di carbonio che gli astronomi abbiano mai visto in una stella povera di metalli. Questo potrebbe darci un nuovo importante vincolo sulla stella progenitrice e sui modelli di evoluzione stellare per metallicità molto basse, hanno detto i ricercatori.

Per capire come si sarebbe potuta formare la stella, hanno eseguito modelli teorici. Hanno scoperto che le abbondanze chimiche osservate in SPLUS J210428-004934, comprese le abbondanze stellari UMP a basso tenore di carbonio e più normali di altri elementi, potrebbero essere riprodotte al meglio da una supernova ad alta energia di una singola stella di Popolazione III 29,5 volte la massa del Sole .

Tuttavia, gli adattamenti più vicini dalla modellazione non erano ancora in grado di produrre abbastanza silicio per replicare esattamente SPLUS J210428-004934. È, quindi, necessario cercare stelle più antiche con proprietà chimiche simili per cercare di risolvere questa strana discrepanza.

“Ulteriori stelle UMP identificate dalla fotometria S-PLUS miglioreranno notevolmente la nostra comprensione delle stelle di Pop III e consentiranno la possibilità di trovare una stella di piccola massa priva di metallo che vive ancora oggi nella nostra galassia“, hanno scritto i ricercatori.