Comunicato Stampa

La stella che non avrebbe dovuto esistere

31 Agosto 2011

Un'equipe di astronomi europei ha utilizzato il VLT (Very Large Telescope) dell'ESO per scovare una stella nella Via Lattea la cui esistenza molti pensavano impossibile. Hanno scoperto che la stella è composta quasi completamente di idrogeno e elio, con il contributo incredibilmente piccolo di altri elementi chimici. Questa strana composizione chimica pone la stella in una "zona proibita" della teoria di formazione stellare comunemente accettata. Ciò significa che questa stella in primo luogo non avrebbe dovuto nemmeno formarsi. Questo risultato verrà pubblicato nel numero del 1 settembre 2011 dalla rivista Nature.

Una debole stella nella costellazione del Leone, chiamata SDSS J102915+172927 [1], ha mostrato di avere la minor quantità di elementi più pesanti dell'elio (quelli che gli astronomi chiamano "metalli") di tutte le stelle finora studiate. Ha una massa più piccola di quella del Sole ed ha probabilmente circa 13 miliardi di anni.

"Una teoria comunemente accettata prevede che stelle come questa, con massa piccola e quantità trascurabili di metalli, non dovrebbero esistere perchè la nube di materia da cui si sono formate non avrebbe nemmeno potuto condensarsi," [2] dice Elisabetta Caffau (Zentrum für Astronomie der Universität di Heidelberg, Germania e Observatoire de Paris, Francia), prima autrice dell'articolo. "È stato sorprendente trovare, per la prima volta, una stella in questa 'zona proibita'; ciò significa che dovremmo rivedere alcuni dei modelli di formazione stellare".

L'equipe ha analizzato le proprietà della stella utilizzando gli strumenti X-shooter e UVES installati sul VLT [3]. Ciò ha permesso di misurare l'abbondanza dei vari elementi chimici nella stella. Gli astronomi hanno trovato che la frazione di metalli in SDSS J102915+172927 è almeno 20 000 volte più piccola che nel Sole [4][5].

"La stella è debole e così povera di metalli che abbiamo potuto rivelare la "firma" di un solo elemento più pesante dell'elio, il calcio, nella nostra prima osservazione", dice Piercarlo Bonifacio (Observatoire de Paris, Francia), supervisore del progetto. "Abbiamo dovuto chiedere  al Direttore Generale dell'ESO ulteriore tempo di telescopio per studiare la luce della stella in maggiore dettaglio e con un tempo di esposizione più lungo per cercare di trovare altri metalli".

I cosmologi credono che gli elementi più leggeri -- idrogeno e elio - siano stati creati poco dopo il Big Bang insieme a piccole quantità di litio [6], mentre quasi tutti gli altri elementi siano stati formati successivamente dalle stelle. Le esplosioni di supernova hanno poi sparso il materiale prodotto nel mezzo interstellare, rendendolo più ricco di metalli. Nuove stelle formate da questo mezzo arrichito hanno una frazione maggiore di metalli rispetto alle stelle più vecchie. Perciò la frazione di metalli in una stella ci può dire quanto essa sia vecchia.

"La stella che abbiamo studiato è estremamente povera di metalli, il che significa che è molto primitiva. Potrebbe essere una delle più vecchie stelle mai trovate", aggiunge Lorenzo Monaco (ESO, Cile), uno dei partecipanti allo studio.

È soprendente anche la mancanza di litio in SDSS J102915+172927. Una stella così vecchia dovrebbe avere una composizione simile all'Universo appena dopo il Big Bang, un po' più "metallica". Ma gli studiosi hanno trovato che la proporzione di litio nella stella è almeno cinquanta volte inferiore a quanto ci si aspetti nella materia prodotta dal Big Bang.

"Rimane un mistero come in questa stella sia stato distrutto il litio che si è formato appena dopo l'inizio dell'Universo", aggiunge Bonifacio.

I ricercatori sottolineano che questa stella anomala probabilmente non è isolata. "Abbiamo identificato molte altre candidate che potrebbero avere livelli di metalli simili o anche più bassi di quelli di SDSS J102915+172927. Stiamo organizzando una campagna osservativa con il VLT per verificare se è veramente così", conclude Caffau.

Note

[1] La stella è catalogata nella Survey "Sloan Digital Sky Survey" o SDSS. I numeri indicano la posizione dell'oggetto in cielo.

[2] Teorie di formazione stellare comunemente accettate affermano che stelle di massa bassa quanto quella di SDSS J102915+172927 (circa 0.8 masse solari o meno) si possono essere formate solo dopo che le supernove hanno arricchito il mezzo interstellare al di sopra di un valore critico. Ciò perchè gli elementi pesanti fungono da "refrigerante" aiutando a irradiare il calore delle nubi di gas nel mezzo, che può quindi collassare e formare stelle. Senza questi metalli la pressione dovuta al calore sarebbe troppo alta e la gravità della nube troppo bassa per superarla e far collassare la nube. Una teoria in particolare identifica carbonio e ossigeno come i principali refrigeranti e la quantità di carbonio in SDSS J102915+172927 è minore del minimo ritenuto necessario per rendere efficace questo tipo di raffreddamento.

[3] X-shooter e UVES sono spettrografi del VLT -- strumenti utilizzati per separare la luce degli oggetti celesti nei colori componenti e permettere un'analisi dettagliata della composizione chimica. X-shooter può catturare  in un colpo solo un ampio intervallo di lunghezze d'onda dello spettro di un oggetto (dall'UltraVioletto al vicino InfraRosso). UVES è lo spettrografo Echelle nel visibile e ultravioletto (Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph in inglese), un strumento ottico ad alta risoluzione.

[4] La stella HE 1327-2326, scoperta nel 2005, ha la minore abbondanza di ferro nota, ma è molto ricca di carbonio. La stella ora analizzata ha la più bassa frazione di metalli quando si considerano tutti gli elementi chimici più pesanti dell'elio.

[5] I telescopi dell'ESO sono coinvolti in molte delle scoperte di stelle più povere di metalli. Alcuni dei primi risultati sono stati descritti in eso0228 e eso0723 e la nuova scoperta mostra che osservazioni con i telescopi dell'ESO hanno permesso agli astronomi di avvicinarsi ulteriormente alla scoperta della prima generazione di stelle.

[6] La nucleosintesi primordiale si riferisce alla produzione di elementi chimici con più di un protone, qualche momento dopo il Big Bang. Questa produzione è avvenuta in un tempo brevissimo, permettendo la formazione di idrogeno, elio e litio, ma non degli elementi più pesanti. La teoria del Big Bang prevede, e le osservazioni confermano, che la materia primordiale fosse composta da circa il 75% (in massa) di idrogeno, il 25% di elio e qualche traccia di litio.

Ulteriori Informazioni

Questa ricerca è presentata nell'articolo “An extremely primitive halo star“, di Caffau et al., che verrà pubblicato nel numero del 1 settembre 2011 della rivista Nature.

L'equipe è composta da Elisabetta Caffau (Zentrum für Astronomie der Universität di Heidelberg [ZAH], Germania e GEPI — Observatoire de Paris, Université Paris Diderot, CNRS, Francia [GEPI]), Piercarlo Bonifacio (GEPI), Patrick François (GEPI e Université de Picardie Jules Verne, Amiens, Francia), Luca Sbordone (ZAH, Max-Planck Institut für Astrophysik, Garching, Germania, e GEPI), Lorenzo Monaco (ESO, Cile), Monique Spite (GEPI), François Spite (GEPI), Hans-G. Ludwig (ZAH e GEPI), Roger Cayrel (GEPI), Simone Zaggia (INAF-Osservatorio Astronomico di Padova, Italia), François Hammer (GEPI), Sofia Randich (INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Firenze, Italia), Paolo Molaro (INAF-Osservatorio Astronomico di Trieste, Italia), e Vanessa Hill (Université de Nice-Sophia Antipolis, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Laboratoire Cassiopée, Nizza, Francia).

L’ESO (European Southern Observatory) è la principale organizzazione intergovernativa di Astronomia in Europa e l’osservatorio astronomico più produttivo al mondo. È sostenuto da 15 paesi: Austria, Belgio, Brasile, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Gran Bretagna, Italia, Olanda, Portogallo, Repubblica Ceca, Spagna, Svezia, e Svizzera. L’ESO svolge un ambizioso programma che si concentra sulla progettazione, costruzione e gestione di potenti strumenti astronomici da terra che consentano agli astronomi di realizzare importanti scoperte scientifiche. L’ESO ha anche un ruolo di punta nel promuovere e organizzare la cooperazione nella ricerca astronomica. L’ESO gestisce tre siti osservativi unici al mondo in Cile: La Silla, Paranal e Chajnantor. Sul Paranal, l’ESO gestisce il Very Large Telescope, osservatorio astronomico d’avanguardia nella banda visibile e due telescopi per survey. VISTA, il più grande telescopio per survey al mondo, lavora nella banda infrarossa mentre il VST (VLT Survey Telescope) è il più grande telescopio progettato appositamente per produrre survey del cielo in luce visibile. L’ESO è il partner europeo di un telescopio astronomico di concetto rivoluzionario, ALMA, il più grande progetto astronomico esistente. L’ESO al momento sta progettando l’European Extremely Large Telescope o E-ELT (significa Telescopio Europeo Estremamente Grande), della classe dei 40 metri, che opera nell'ottico e infrarosso vicino e che diventerà “il più grande occhio del mondo rivolto al cielo”.

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Questa è una traduzione del Comunicato Stampa dell'ESO eso1132.