Stella chimicamente particolare nell'alone galattico

Le impronte chimiche della stella rappresentano la prova dell'instabilità di coppia delle supernove delle prime stelle massicce

Le stelle più massicce e con la vita più breve dominano l'evoluzione chimica dell'era pre-galattica. Sulla base di simulazioni numeriche, è stato a lungo ipotizzato che la massa di tali stelle di prima generazione fosse fino a diverse centinaia di masse solari. Si prevede che le stelle di prima generazione molto massicce con un intervallo di massa compreso tra 140 e 260 masse solari arricchiranno il primo mezzo interstellare attraverso le supernove di instabilità di coppia (pair-instability supernovae - PISNe). Decenni di sforzi osservativi, tuttavia, non sono stati in grado di identificare in modo univoco le impronte di stelle così massicce sulle stelle più povere di metalli della Via Lattea.

Le simulazioni numeriche della formazione delle prime stelle stimano che la massa delle prime stelle abbia raggiunto diverse centinaia di masse solari. Tra queste, le prime stelle con masse comprese tra 140 e 260 masse solari sono diventate supernove di instabilità di coppia (PISNe). Le PISNe sono molto diverse dalle normali supernove (cioè le supernove di tipo II e di tipo Ia) e avrebbero impresso una firma chimica unica nell'atmosfera delle stelle di prossima generazione. Tuttavia, tale firma non è stata trovata.

Un nuovo studio, pubblicato si Nature (1), condotto dal Professor ZHAO Gang (2) del National Astronomical Observatories of the Chinese Academy of Sciences (NAOC), ha identificato una stella chimicamente particolare (LAMOST J1010+2358) nell'alone galattico come chiara prova dell'esistenza di PISNe da molto massiccia, prime stelle nell'Universo primordiale, sulla base dell'indagine del Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope (LAMOST) e dell'osservazione successiva degli spettri ad alta risoluzione da parte del Subaru Telescope. È stato confermato che questa stella si è formata nella nube di gas dominata dai rendimenti di un PISN con 260 masse solari.

Il team comprende anche i ricercatori degli Yunnan Observatories of CAS, National Astronomical Observatory of Japan e Monash University, Australia.

Il team di ricerca ha eseguito un'osservazione spettroscopica ad alta risoluzione di follow-up per J1010+2358 con il telescopio Subaru e ha derivato abbondanze per più di dieci elementi. La caratteristica più significativa di questa stella è la sua abbondanza estremamente bassa di sodio e cobalto. Il suo rapporto sodio/ferro è inferiore a 1/100 del valore solare. Questa stella mostra anche una variazione di abbondanza molto ampia tra gli elementi con numero di carica pari e dispari, come sodio/magnesio e cobalto/nichel.

Il dottor XING Qianfan (3), primo autore dello studio, afferma: «La peculiare varianza dispari-pari, insieme alle carenze di sodio e di elementi in questa stella, sono coerenti con la previsione del PISN primordiale da stelle di prima generazione con 260 masse solari. La scoperta di J1010+2358 è una prova diretta dell'instabilità idrodinamica dovuta alla produzione di coppie elettrone-positrone nella teoria dell'evoluzione stellare molto massiccia. La creazione di coppie elettrone-positrone riduce la pressione termica all'interno del nucleo di una stella molto massiccia e porta a un collasso parziale. Fornisce un indizio essenziale per limitare la funzione di massa iniziale nell'universo primordiale», ha affermato il professor ZHAO Gang, autore corrispondente dello studio. «Prima di questo studio, non è stata trovata alcuna prova di supernove da stelle così massicce nelle stelle povere di metalli».

Inoltre, l'abbondanza di ferro di LAMOST J1010+2358 ([Fe/H] = -2.42) è molto più alta rispetto alle stelle più povere di metalli nell'alone galattico, suggerendo che le stelle di seconda generazione formatesi nel gas dominato dal PISN potrebbero essere più ricco di metalli del previsto.

«Uno dei sacri graal della ricerca di stelle povere di metalli è trovare prove di queste prime supernove con instabilità di coppia», ha affermato il professor Avi Loeb (4), ex presidente del dipartimento di astronomia dell'Harvard University.

Il professor Timothy Beers (5), cattedra di astrofisica del rettore presso la Notre Dame University, ha commentato i risultati: «Questo articolo presenta quella che, a mia conoscenza, è la prima associazione definitiva di una stella con alone galattico avente un modello di abbondanza originato da un PISN».

Riferimenti:

(1) A metal-poor star with abundances from a pair-instability supernova

(2) Gang Zhao

(3) Qianfan XING

(4) Avi Loeb

(5) Timothy Beers

Descrizione foto: Fossile stellare: impronte di supernove di instabilità di coppia da prime stelle molto massicce. / Confronto tra abbondanze osservate e modelli. Le abbondanze chimiche di J1010+2358 confrontate con le previsioni di tre modelli teorici di supernova. Le barre di errore sono incertezze 1 sigma delle abbondanze osservate. - Credit: National Astronomical Observatories of the Chinese Academy of Sciences (NAOC).

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Researchers Discover Chemical Evidence for Pair-instability Supernova from A Very Massive First Star