DISTRUZIONE E PRODUZIONE DEL TERZO ELEMENTO

Fenice rossa: così rinasce il litio dalle stelle

In alcune specifiche fasi evolutive le stelle giganti producono il litio, mentre si riteneva che in queste stesse fasi venisse sistematicamente distrutto. Grazie ai dati della campagna osservativa Gaia-Eso è ora possibile aggiungere un nuovo tassello al cosiddetto “dilemma del litio”, uno fra gli elementi più studiati in astrofisica. I risultati in uno studio guidato da Laura Magrini dell’Inaf di Arcetri pubblicato su Astronomy & Astrophysics

     11/11/2021
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Traccia evolutiva di una stella di una massa solare, tipica del campione considerato in Magrini et al. 2021. Crediti: Carlos Viscasillas Vasquez/Gaia-Eso

Il litio – il metallo più leggero in assoluto – è presente nella nostra vita di tutti i giorni come componente fondamentale delle moderne batterie agli ioni che alimentano i telefoni cellulari o le auto elettriche. Questo elemento – caratterizzato da una riga spettrale nel rosso – è presente solo in quantità piccolissime nell’universo: nel Sistema solare si trovano due atomi di litio per ogni miliardo di atomi di idrogeno. Nonostante l’abbondanza molto bassa, il litio è uno degli elementi più studiati in astrofisica: rappresenta infatti uno strumento unico di indagine di molte questioni fondamentali, dalla nucleosintesi primordiale alla struttura interna delle stelle alle età stellari.

Le domande aperte che riguardano questo elemento sono ancora molte e uno studio pubblicato la settimana scorsa su Astronomy & Astrophysics, condotto da un team internazionale che coinvolge anche ricercatrici e ricercatori delle sedi Inaf di Arcetri, Bologna, Padova e Roma ci permette di aggiungere un nuovo tassello al dilemma della quantità di litio nell’universo.

L’articolo conferma un risultato sorprendente: esistono alcune fasi evolutive in cui le stelle giganti producono il litio mentre si riteneva che in queste stesse fasi venisse sistematicamente distrutto. Sembra che questo meccanismo di produzione sia molto più comune di quanto previsto, coinvolgendo almeno il trenta per cento di tutte le stelle di piccola massa nella fase cosiddetta di red clump (quando l’elio viene bruciato nel nucleo della stella), implicando meccanismi del tutto inattesi di produzione di litio nelle fasi stellari avanzate.

Facciamo un passo indietro. La quantità di litio che misuriamo nel mezzo interstellare e nelle stelle giovani è almeno quattro volte il valore iniziale predetto dalla nucleosintesi del Big Bang (primordiale) e osservato nelle stelle più antiche appartenenti all’alone. Questa differenza implica che esistano processi di produzione del litio avvenuti fin dai primordi dell’universo che non abbiamo ancora pienamente capito. Non solo.

I nuovi risultati sono stati ottenuti grazie alla survey Gaia-Eso – la grande campagna osservativa a guida anche italiana condotta con il telescopio Vlt dell’Eso, che ha ottenuto spettri per un campione di circa centomila stelle nella nostra galassia. Questo studio ha utilizzato i dati Gaia-Eso relativi a stelle appartenenti ad ammassi stellari aperti delle quali si conoscono in modo molto accurato massa, età, contenuto in metalli e fase evolutiva. Questa informazione si è rivelata fondamentale perché ha permesso di seguire passo passo l’evoluzione della abbondanza di litio in stelle con la stessa massa lungo tutto il percorso dalla fine della sequenza principale, al ramo delle giganti fino al red clump. Grazie all’eccellente qualità dei dati della survey Gaia-Eso è stato possibile distinguere chiaramente le stelle che stanno risalendo il ramo delle giganti rosse (red-giant branch o Rgb) dalle stelle al red clump.

Laura Magrini. Crediti: Inaf Arcetri

In passato, altri studi effettuati su stelle di campo non appartenenti a un ammasso, come in questo caso, avevano già destato un certo scalpore nella comunità scientifica. Studiando gli ammassi stellari infatti è possibile seguire la sequenza evolutiva delle stelle giganti e capire in quale fase l’abbondanza di litio aumenti in modo inaspettato.

«In questo lavoro abbiamo studiato cosa avviene al litio nelle atmosfere stellari una volta che le stelle escono dalla sequenza principale», spiega Laura Magrini, ricercatrice dell’Inaf di Arcetri e prima autrice dell’articolo. «Seguendo l’evoluzione dell’abbondanza di litio lungo la traccia evolutiva di una stella come il Sole, vediamo che una volta lasciata la sequenza principale e diventata una gigante rossa, i vari processi di mescolamento (come la convezione) portano a una continua diminuzione dell’abbondanza di litio. Rispetto agli studi che utilizzano le stelle di campo, il nostro lavoro conferma e pone vincoli ancora più stringenti alla produzione di litio nelle fasi precedenti al red clump. Abbiamo trovato che più di un terzo delle stelle in questa fase presenta abbondanze superiori a quelle attese, e più alte di quelle delle stelle nelle fasi immediatamente precedenti».

In passato, gli scienziati si erano concentrati soprattutto sullo studio delle giganti “Li-rich”, che rappresentano solo l’un per cento delle giganti – ovvero la punta dell’iceberg del problema del litio nelle giganti. Ora sembra che una buona percentuale delle stelle nel red clump sia in realtà arricchita in litio e che le stelle estremamente ricche di litio siano solo la coda della distribuzione.

Per saperne di più:

  • Leggi su Astronomy & Astrophysics l’articolo “The Gaia-ESO survey: Lithium abundances in open cluster Red Clump stars”, di L. Magrini, R. Smiljanic, E. Franciosini, L. Pasquini, S. Randich, G. Casali, C. Viscasillas Vázquez, A. Bragaglia, L. Spina, K. Biazzo, G. Tautvaišienė, T. Masseron, M. Van der Swaelmen, E. Pancino, F. Jiménez-Esteban, G. Guiglion, S. Martell, T. Bensby, V. D’Orazi, M. Baratella, A. Korn, P. Jofre, G. Gilmore, C. Worley, A. Hourihane, A. Gonneau, G. G. Sacco e L. Morbidelli