Illustrazione artistica che mostra le esplosioni di supernova delle prime stelle massicce che si sono formate nella Via Lattea. La stella J0815+4729 è una stella fossile che secondo lo studio pubblicato su ApjL si sarebbe formata dal materiale espulso da queste prime supernove. Crediti: Gabriel Pérez, Smm (Iac)
Sulla tavola periodica di Mendeleev appartiene al sedicesimo gruppo del secondo periodo. Dopo l’idrogeno e l’elio, è il terzo elemento più abbondante nell’universo ed è essenziale per tutte le forme di vita sulla Terra: è alla base del processo di respirazione cellulare, è elemento costitutivo dei carboidrati e il principale componente della crosta terrestre. Stiamo parlando dell’ossigeno. A livello cosmico, la sua produzione avviene attraverso reazioni di fusione nucleare all’interno di stelle molto massicce: enormi fabbriche cosmiche con masse 10 volte o superiori a quella del Sole.
L’ossigeno non esisteva nell’universo primordiale. Un modo per cercare di tracciare la produzione iniziale di questo elemento è quello di studiare le stelle più antiche ancora oggi esistenti. J0815+4729 – un astro situato a oltre cinquemila anni luce da noi nella costellazione della Lince, identificato per la prima volta nel 2018 nei dati ottenuti della Sloan Digital Sky Survey – è una di queste stelle. Ed è l’oggetto sul quale il team di ricerca guidato da Jonay González Hernández, ricercatore postdoc all’Instituto de astrofísica de Canarias (Iac), ha messo gli occhi puntando nella sua direzione uno dei telescopi dell’osservatorio WM Keck di Maunakea, nelle Hawaii, con lo scopo di analizzarne la composizione chimica e cercare di capire come quest’ossigeno e altri elementi importanti siano stati prodotti nelle prime generazioni di stelle dell’universo.
«Stelle quali J0815+4729 sono indicate come stelle dell’alone», spiega Adam Burgasser della University of California San Diego, coautore dello studio. «Ciò è dovuto alla loro distribuzione approssimativamente sferica intorno alla Via Lattea, in contrapposizione al più familiare disco piatto di stelle più giovani, che include il Sole».
Si tratta di “stelle fossili” che consentono agli astronomi di dare una sbirciatina alla produzione di elementi nelle prime fasi della storia dell’universo. Una sbirciatina che in questo in questo studio, pubblicato su The Astrophysical Journal Letters, è avvenuta, più in dettaglio, usando lo spettrometro ad alta risoluzione Echelle (HiRes) montato sul telescopio Keck I da 10 m, grazie ai cui dati il team è riuscito a misurare l’abbondanza di 16 specie chimiche nell’atmosfera della stella, incluso l’ossigeno. Misure che mostrano una composizione chimica costituita da calcio e ferro in quantità circa un milione di volte inferiori rispetto alla nostra stella – una caratteristica che contraddistingue le generazioni di stelle più antiche – e carbonio, azoto e ossigeno presenti, invece, in quantità che sono rispettivamente il 10, l’8 e il 3 per cento circa dei valori misurati nel Sole: percentuali insolitamente elevate per una stella così antica.
«Solo poche di queste stelle sono note nell’alone della nostra galassia, ma nessuna ha questa quantità enorme – rispetto al contenuto in ferro – di carbonio, azoto e ossigeno», osserva David Aguado, postdoc all’Università di Cambridge e coautore dello studio.
«La composizione primitiva della stella indica che si è formata durante le prime centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang», speiga González Hernández, «probabilmente dal materiale espulso dalle prime supernove della Via Lattea».
Una stella di seconda generazione, dunque, in cui l’abbondanza di ossigeno proverrebbe – secondo gli autori – dalla contaminazionevdella materia rilasciata da una supernova. Ecco lo scenario proposto: subito dopo il Big Bang, nel cosmo ancora caldo, iniziarono a formarsi idrogeno, elio e litio. A partire da questi atomi cominciò a formarsi la prima generazione di stelle massicce. Queste stelle iniziarono a produrre elementi più pesanti, come carbonio, azoto e ossigeno. Atomi che, quando esplosero come supernove, rilasciarono nell’universo, dove furono infine “raccolti” dalle stelle della generazione successiva, della quale J0815 + 4729 è un rappresentante. Ecco così spiegata l’abbondanza di ossigeno che è stata osservata in questa stella.
«Trenta anni fa, all’Iac, abbiamo iniziato a studiare la presenza di ossigeno nelle stelle più antiche della Via Lattea», ricorda Rafael Rebolo, direttore dell’istituto e coautore dello studio. «Qquei risultati avevano già indicato che questo elemento è stato prodotto in quantità nelle prime generazioni di supernove. Tuttavia, non potevamo immaginare che avremmo trovato un caso di arricchimento spettacolare come quello di questa stella».
«È un risultato molto eccitante. Ci racconta alcuni dei primi tempi nell’universo usando le stelle nel nostro cortile cosmico», conclude John O’Meara, direttore dell’Osservatorio Keck. «Non vedo l’ora di vedere più misurazioni come questa, così da comprendere meglio la prima “semina” di ossigeno e altri elementi in tutto il giovane universo».
Per saperne di più:
- Leggi su The Astrophysical Journal Letters l’articolo “The Extreme CNO-enhanced Composition of the Primitive Iron-poor Dwarf Star J0815+4729*” di Jonay I. González Hernández, David S. Aguado, Carlos Allende Prieto, Adam J. Burgasser, e Rafael Rebolo