Gli astronomi hanno scoperto una delle stelle più primitive mai identificate: un’antica reliquia che conserva l’impronta chimica delle primissime stelle dell’universo. Si chiama PicII-503 e risiede nella piccola e ultradebole galassia nana Pictor II. La scoperta è stata resa possibile dalla Dark Energy Camera (DeCam) installata al telescopio da 4 metri Víctor M. Blanco della National Science Foundation (Nsf), presso l’Osservatorio di Cerro Tololo in Cile, un programma del NoirLab. Lo studio, guidato da Anirudh Chiti dell’Università di Stanford, è presentato in un articolo pubblicato su Nature Astronomy.
Questa immagine mostra stelle nella galassia nana ultra-debole Pictor II, una galassia satellite della Grande Nube di Magellano, che a sua volta è una galassia satellite della Via Lattea, nella costellazione del Pittore. Il sistema è composto da diverse migliaia di stelle e ha più di dieci miliardi di anni. All’interno di questa piccola e antica galassia, gli astronomi hanno scoperto una stella, PicII-503, con il più basso contenuto di ferro mai misurato al di fuori della Via Lattea. Con meno di 1/40.000 della quantità di ferro del Sole, PicII-503 rappresenta l’esempio più chiaro di una stella in un sistema primordiale che conserva l’arricchimento chimico delle prime stelle dell’universo. PicII-503 presenta anche un’estrema sovrabbondanza di carbonio, fornendo l’anello mancante per collegare le stelle arricchite in carbonio osservate nell’alone della Via Lattea a un’origine nelle antiche galassie nane. Crediti: Ctio/Noirlab/Doe/Nsf/Aura
Pictor II si trova nella costellazione del Pittore. Contiene diverse migliaia di stelle e ha più di dieci miliardi di anni. PicII-503 si trova alla periferia della galassia e contiene meno ferro di qualsiasi altra stella mai osservata al di fuori della Via Lattea, pur presentando un’estrema sovrabbondanza di carbonio. Queste caratteristiche corrispondono inequivocabilmente a quelle delle stelle ricche di carbonio trovate nei confini esterni della Via Lattea, le cui origini sono state, finora, un mistero.
Le prime stelle dell’universo si sono formate da gas composto da elementi semplici: idrogeno ed elio. All’interno dei loro nuclei, questa prima generazione di stelle (le presunte stelle di popolazione III) ha forgiato i primi elementi più pesanti dell’elio, come il carbonio e il ferro, che gli astronomi definiscono “metalli”. Quando queste stelle sono esplose, hanno rilasciato i loro elementi pesanti nel mezzo interstellare, dove sono stati riciclati per formare la generazione successiva di stelle.
Le stelle di seconda generazione sono come capsule del tempo, che conservano le scarse quantità di elementi pesanti rilasciate durante la morte esplosiva delle stelle di prima generazione. Cercando queste rare stelle a bassa metallicità e analizzandone la composizione chimica, è possibile comprendere meglio i meccanismi della produzione iniziale di elementi nell’universo.
PicII-503 è il primo esempio inequivocabile di una stella di seconda generazione in una galassia nana ultra-debole. È stata scoperta nei dati della survey Magic (Mapping the Ancient Galaxy in CaHK), un programma osservativo di 54 notti progettato per identificare le stelle più antiche della Via Lattea e delle sue galassie nane compagne. Utilizzando un filtro a banda stretta specifico, sensibile alle caratteristiche di assorbimento del calcio, gli astronomi sono riusciti a stimare il contenuto di metalli di migliaia di stelle basandosi esclusivamente sui dati di imaging.
Questa immagine mostra le stelle nella galassia nana ultra-debole Pictor II. Il sistema è composto da diverse migliaia di stelle ed ha un’età superiore ai dieci miliardi di anni. All’interno di questa piccola e antica galassia, gli astronomi hanno scoperto una stella, PicII-503, con il più basso contenuto di ferro mai misurato al di fuori della Via Lattea. Con meno di 1/40.000 della quantità di ferro presente nel Sole, PicII-503 rappresenta l’esempio più chiaro di una stella in un sistema primordiale che conserva l’arricchimento chimico delle prime stelle dell’Universo. PicII-503 presenta anche un’estrema sovrabbondanza di carbonio, fornendo il collegamento mancante tra le stelle ricche di carbonio osservate nell’alone della Via Lattea e la loro origine nelle antiche galassie nane. Crediti: Ctio/Noirlab/Doe/Nsf/Aura, T.A. Rector (University of Alaska Anchorage/Nsf Noirlab), M. Zamani & D. de Martin (Nsf Noirlab), Anirudh Chiti, Alex Drlica-Wagner
Tra le centinaia di stelle vicine a Pictor II, i dati di Magic hanno individuato PicII-503 come un candidato eccezionalmente povero di metalli, consentendo ai ricercatori di selezionarlo per uno studio approfondito. «Senza i dati di Magic, sarebbe stato impossibile isolare questa stella tra le centinaia presenti nelle vicinanze della galassia nana ultra-debole Pictor II», afferma Chiti.
Combinando i dati della survey Magic, del telescopio Magellan/Baade e del Very Large Telescope dell’Eso, il team ha scoperto che PicII-503 presenta le più basse abbondanze di ferro e calcio mai misurate al di fuori della Via Lattea. Questa scarsità di ferro (meno di 1/40.000 rispetto al Sole) e calcio ne fa il primo oggetto che conserva le tracce dell’arricchimento prodotto dalle prime stelle in una galassia nana relitta.
«Scoprire una stella che conserva inequivocabilmente i metalli pesanti delle prime stelle era al limite di ciò che ritenevamo possibile, data l’estrema rarità di questi oggetti», dice Chiti. «Con la più bassa abbondanza di ferro mai rilevata in una galassia nana ultra-debole, PicII-503 offre una finestra senza precedenti sulla produzione iniziale di elementi all’interno di un sistema primordiale».
Ancora più sorprendente è la scoperta che PicII-503 presenta un rapporto carbonio-ferro oltre 1500 volte superiore a quello del Sole. Questa sovrabbondanza corrisponde alla caratteristica firma del carbonio delle stelle a basso contenuto di ferro da tempo osservate nell’alone della Via Lattea, la cui origine è dubbia.
Un’ipotesi è che le stelle povere di metalli e ricche di carbonio siano stelle di seconda generazione che conservano gli elementi chimici prodotti dalle supernove a bassa energia derivanti dalle stelle di prima generazione. Durante questo processo, gli elementi pesanti che si formano all’interno della stella, come il ferro, ricadono nell’oggetto compatto residuo, mentre gli elementi più leggeri, come il carbonio, presenti nelle regioni esterne della stella vengono espulsi nel mezzo interstellare, dando origine alla successiva generazione di stelle.
PicII-503 supporta la spiegazione delle supernove a bassa energia perché si trova in una delle galassie nane più piccole che conosciamo. Se la supernova che ha prodotto i metalli osservati in PicII-503 fosse stata ad alta energia, allora gli elementi sarebbero sfuggiti all’attrazione gravitazionale della piccola galassia nana. PicII-503 dimostra anche che le stelle povere di metalli e ricche di carbonio osservate nell’alone della Via Lattea probabilmente hanno avuto origine da antiche galassie nane che, nel corso del tempo, si sono fuse con la nostra galassia.
La Dark Energy Camera (DeCam) è montata sul telescopio da 4 metri Víctor M. Blanco presso l’Osservatorio del Cerro Tololo, nel Cile centro-settentrionale. La costruzione del telescopio iniziò nel 1969 con la fusione dello specchio primario. L’assemblaggio sulla cima del monte Cerro Tololo fu completato nel 1974. Al termine dei lavori, era il terzo telescopio più grande del mondo, dopo il telescopio Hale da 200 pollici all’Osservatorio di Palomar in California e il BTA-6 nel sud della Russia, e il più grande dell’emisfero australe (titolo che mantenne per 22 anni). Successivamente, nel 1995, fu intitolato a Víctor M. Blanco, astronomo portoricano e ex direttore del Ctio. Crediti: Ctio/Noirlab/Doe/Nsf/Aura/R. Hahn (Fermi National Accelerator Laboratory)
«Scoperte come questa sono una sorta di archeologia cosmica che porta alla luce rari fossili stellari che conservano le impronte delle prime stelle dell’universo», conclude Chris Davis, direttore del programma Nsf per il NoirLab. «Attendiamo con impazienza molte altre scoperte con l’avvio, nel corso di quest’anno, del progetto Legacy Survey of Space and Time dell’Osservatorio Rubin della Nsf e del Doe».
Per saperne di più:
- Leggi su Nature Astronomy l’articolo “Enrichment by the first stars in a relic dwarf galaxy” di Anirudh Chiti, Vinicius M. Placco, Andrew B. Pace, Alexander P. Ji, Deepthi S. Prabhu, William Cerny, Guilherme Limberg, Guy S. Stringfellow, Alex Drlica-Wagner, Kaia R. Atzberger, Yumi Choi, Denija Crnojević, Peter S. Ferguson, Nitya Kallivayalil, Noelia E. D. Noël, Alexander H. Riley, David J. Sand, Joshua D. Simon, Alistair R. Walker, Clecio R. Bom, Julio A. Carballo-Bello, David J. James, Clara E. Martínez-Vázquez, Gustavo E. Medina e A. Katherina Vivas