Scoperta di una stella estremamente rara appartenente alla seconda generazione stellare, individuata in una galassia nana antica che rappresenta un relicto fossile delle prime fasi evolutive dell’Universo.
È stata identificata nella galassia nana ultra-debole Pictor II una stella estremamente povera di metalli, denominata PicII-503, che rappresenta uno degli esempi più primitivi di oggetti stellari finora osservati. L’analisi spettroscopica indica una carenza estrema di ferro, con un’abbondanza inferiore a 1/40.000 rispetto a quella solare, una caratteristica che suggerisce un’origine in un ambiente chimicamente poco evoluto e dominato dall’arricchimento prodotto dalle primissime generazioni di stelle.
PicII-503 rappresenta una testimonianza diretta delle condizioni di arricchimento nucleosintetico nelle prime fasi dell’evoluzione cosmica. In particolare, la stella mostra anche una marcata sovrabbondanza di carbonio, proprietà che la collega alla classe delle stelle potenziate in carbonio (CEMP) osservate nell’alone della Via Lattea. Tale caratteristica fornisce un importante elemento di connessione tra queste stelle dell’alone galattico e una possibile origine nelle antiche galassie nane, che avrebbero contribuito alla formazione gerarchica della Via Lattea.
La scoperta è stata resa possibile grazie ai dati ottenuti con la Dark Energy Camera installata sul telescopio Víctor M. Blanco Telescope presso l’Cerro Tololo Inter-American Observatory. Le osservazioni hanno consentito agli scienziati di poter identificare e caratterizzare questo raro oggetto stellare, offrendo nuove evidenze sul ruolo delle galassie nane primordiali come archivi fossili delle prime fasi di evoluzione chimica dell’Universo.
La costellazione Pictor
Pictor II, una galassia nana situata nella costellazione del Pictor, ospita diverse migliaia di stelle e ha un’età superiore a dieci miliardi di anni. La stella PicII-503, localizzata ai margini di questa galassia, presenta la più bassa abbondanza di ferro mai misurata in una stella al di fuori della Via Lattea, accompagnata da un’elevata abbondanza di carbonio. Queste caratteristiche chimiche sono compatibili con quelle delle cosiddette stelle potenziate in carbonio (CEMP, Carbon-Enhanced Metal-Poor) osservate nelle regioni periferiche della Via Lattea, la cui origine è rimasta fino ad oggi poco chiara.
La formazione delle stelle
Le prime stelle dell’Universo si formarono a partire da gas primordiale costituito quasi esclusivamente da idrogeno ed elio. All’interno dei loro nuclei stellari, questa popolazione di prima generazione sintetizzò i primi elementi più pesanti dell’elio, tra cui carbonio e ferro, comunemente definiti “metalli” in astronomia. Al termine del loro ciclo evolutivo, le esplosioni stellari (supernove) rilasciarono questi elementi nel mezzo interstellare, arricchendo chimicamente le regioni circostanti e fornendo materiale per le generazioni successive di stelle.
Le stelle di seconda generazione rappresentano “capsule del tempo”, poiché preservano le tracce dei primi elementi pesanti prodotti dalle stelle di prima generazione. L’analisi chimica di queste stelle a bassa metallicità consente di ricostruire i processi di nucleosintesi primordiale e i meccanismi di arricchimento chimico nelle prime fasi dell’Universo.
PicII-503, una stella povera di metalli pesanti
PicII-503 costituisce il primo esempio confermato di stella di seconda generazione all’interno di una galassia nana. La sua identificazione è stata possibile grazie ai dati della ricerca DECam MAGIC (Mapping the Ancient Galaxy in CaHK), un programma osservativo di 54 notti finalizzato a selezionare le stelle più antiche e chimicamente primitive della Via Lattea e delle sue galassie nane satelliti. L’impiego di un filtro a banda stretta sensibile alle linee di assorbimento del calcio ha permesso di stimare la metallicità di migliaia di stelle basandosi esclusivamente sui dati fotometrici.
Tra le centinaia di stelle presenti in prossimità della galassia ultra-diffusa Pictor II, i dati ottenuti con MAGIC hanno identificato la stella PicII-503 come un candidato eccezionalmente povero di metalli, rendendola oggetto di uno studio di follow-up approfondito. Come osserva Chiti, “senza le osservazioni di MAGIC sarebbe stato impossibile selezionare questa stella tra le numerose presenti nell’intorno di Pictor II”.
L’analisi combinata dei dati provenienti da MAGIC, dal Telescopio Magellano/Baade e dal Very Large Telescope (VLT) dell’ESO ha rivelato che PicII-503 possiede le più basse quantità di ferro e calcio mai misurate al di fuori della Via Lattea. Tale carenza di elementi pesanti indica che questa stella rappresenta il primo esempio noto di oggetto in grado di preservare in modo chiaro il segnale di arricchimento chimico delle prime generazioni stellari in una galassia nana relicta.
PicII-503, una stella ricca di carbonio
Il team di ricercatori ha rilevato che il rapporto carbonio/ferro nella stella PicII-503 supera di oltre 1500 volte quello del Sole. Questa elevata abbondanza di carbonio corrisponde alla firma chimica caratteristica delle stelle a basso contenuto di ferro (metal-poor) note da tempo nell’alone della Via Lattea. Tali oggetti sono classificati come stelle povere di metalli potenziate in carbonio (CEMP, Carbon-Enhanced Metal-Poor stars), la cui origine rimaneva fino ad ora poco chiara.
Una possibile spiegazione propone che le stelle CEMP rappresentino una seconda generazione di stelle, le quali conservano gli elementi chimici prodotti dalle supernove a bassa energia della prima generazione stellare. In questo scenario, gli elementi pesanti prodotti nelle regioni interne della stella progenitrice, come il ferro, ricadono nell’oggetto compatto residuo, mentre gli elementi più leggeri, come il carbonio, generati nelle regioni esterne, vengono espulsi nel mezzo interstellare e contribuiscono alla formazione della generazione stellare successiva.
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