Ecco i primi “inquinanti” degli ammassi globulari

Sono note come stelle AGB – una sigla che è l’acronimo di Asymptotic Giant Branch, Ramo Asintotico delle Giganti – e rappresentano la fase evolutiva finale di tutte quelle stelle, di massa al di sotto di 8 masse solari, che non esplodono come supernove. Oggi se ne osservano poche negli ammassi globulari galattici, estesi agglomerati di stelle presenti nella nostra galassia, che possono contare anche un milione di astri, perché, data l’età di questi sistemi (superiore a 10 miliardi di anni), sono quasi tutte evolute e diventate nane bianche.

Tre dei cinque ammassi globulari dove i ricercatori hanno studiato le proprietà delle stelle AGB. Crediti: HST/ESA/NASA 

Uno studio guidato da ricercatori dell’Istituto Nazionale di Astrofisica, in uscita oggi sulla rivista The Astrophysical Journal Letters, conferma il ruolo fondamentale che le stelle AGB hanno avuto come agenti inquinanti all’interno degli ammassi globulari: proprio i venti delle stelle AGB hanno fornito il gas, contaminato nella distribuzione relativa degli elementi “leggeri” (ovvero le specie chimiche fino al silicio), dal quale si sono formate le stelle delle generazioni successive. I risultati di questa ricerca aggiungono un tassello importante per comprendere come si formano ed evolvono questi giganteschi agglomerati di stelle.

Storicamente, gli ammassi globulari sono stati utilizzati come laboratori per lo studio dell’evoluzione stellare, poiché si era convinti che tutte le stelle che li compongono, formatesi da una stessa nube di gas, avessero la stessa età e la stessa composizione chimica. I risultati spettroscopici e fotometrici delle ultime due decadi hanno mostrato come negli ammassi globulari della Via Lattea vi sia una sovrapposizione di due o più popolazioni stellari, differenti per composizione chimica. Come possibili agenti inquinanti, che avrebbero fornito al gas da cui le generazioni stellari più recenti si sono formate, sono state proposte stelle massicce rapidamente rotanti, stelle binarie con componenti massicce e i venti delle stelle AGB.

I risultati di questo studio indicano che proprio i venti di stelle AGB, di massa compresa tra 4 e 8 masse solari, sono stati con ogni probabilità la fonte di inquinamento da cui si sono formate le stelle “contaminate”. Il team di ricercatori è giunto a questa conclusione sulla base delle abbondanze di alluminio e di magnesio misurate in stelle giganti appartenenti a cinque ammassi globulari della Via Lattea, utilizzando gli spettri nel vicino infrarosso, raccolti nell’ambito della collaborazione internazionale Sloan Digital Sky Survey (SDSS-III), ottenuti con lo spettrografo APOGEE (Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment), che sono state confrontate con i risultati della modellistica riguardante la nucleosintesi nelle stelle AGB.

La figura mostra le abbondanze di magnesio e alluminio di stelle analizzate da APOGEE (cerchi neri) appartenenti a tre ammassi Globulari distinti, di diversa metallicità (crescente da sinistra verso destra). L’importanza di queste osservazioni risiede nel fatto che e’ stata scoperta per la prima volta in modo statisticamente significativo l’esistenza di un anticorrelazione tra le concentrazioni di questi due elementi, che si affievolisce all’aumentare della metallicita’ dell’ammasso, in accordo a quanto previsto dai modelli teorici per AGB di grande massa (zona rossa in ciascun pannello)

La nucleosintesi che coinvolge magnesio e alluminio, che prevede la produzione di quest’ultimo a seguito della combustione di magnesio, è estremamente sensibile alla temperatura. Per tale motivo la misura della concentrazione di questi due elementi, più delle altre specie chimiche solitamente analizzate, offre la preziosa opportunità di rivelare la natura degli oggetti contaminanti, che hanno portato alla formazione delle popolazioni multiple negli ammassi globulari. Le differenze tra le quantità di magnesio e alluminio misurate nelle stelle di uno stesso ammasso forniscono un’indicazione molto chiara della temperatura a cui è stato esposto il gas inquinante.

«I dati APOGEE indicano la presenza negli ammassi globulari di un gruppo di stelle povere in magnesio, segno di un ruolo attivo delle stelle AGB nel processo di inquinamento del gas che ha condotto alla formazione delle generazioni stellari successive», dice Paolo Ventura, ricercatore dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) presso l’Osservatorio Astronomico di Roma, primo autore dell’articolo. «Questi risultati sono compatibili esclusivamente con un inquinamento da stelle AGB, perché soltanto in queste stelle, tra le varie ipotesi presentate finora, si raggiungono le temperature necessarie alla combustione del magnesio».

«La parte più interessante della ricerca, forse la prova più convincente del ruolo svolto dalle stelle AGB nel processo di inquinamento, riguarda le differenze tra le osservazioni di ammassi globulari di metallicità diversa» osserva Marcella Di Criscienzo, post-doc INAF presso l’Osservatorio Astronomico di Roma, coautrice della ricerca. «I dati APOGEE mostrano come l’entità della distruzione del magnesio e della produzione di alluminio si assottigli all’aumentare della metallicità; questo è perfettamente in linea con quanto ci si aspetta dalle stelle AGB, che sono tanto più calde nelle regioni interne quanto più bassa è la metallicità».

Questo studio si inserisce in un dibattito di estrema attualità, che ha visto e vede tuttora diversi ricercatori INAF impegnati in prima linea. Come osserva Sara Lucatello, astronoma dell’INAF presso l’Osservatorio Astronomico di Padova «Le osservazioni spettroscopiche e fotometriche prodotte da scienziati degli osservatori di Bologna e Padova sono stati di importanza fondamentale nell’identificazione della presenza di popolazioni multiple negli ammassi globulari. Questo risultato conferma peraltro una linea interpretativa, che insiste sulle stelle AGB, che è stata presentata una decina di anni fa proprio da astronomi dell’Osservatorio di Roma».

Per saperne di più:

• Leggi l’articolo Evidence of AGB pollution in Galactic globular clusters from the Mg-Al anticorrelations observed by the APOGEE survey di P. Ventura, D. A. García–Hernández, F. Dell’Agli, F. D’Antona, Sz. Meszaros, S. Lucatello, M. Di Criscienzo, M. Shetrone, M. Tailo, Baitian Tang, O. Zamora pubblicato sul sito web della rivista The astrophysical Journal Letters
• Il comunicato stampa dell’Instituto de Astrofísica de Canarias-IAC (in inglese)