In nuvole di gas nell’Universo lontano le tracce chimiche delle prime stelle

Pubblicazione su The Astrophysical Journal, a cura dell’Osservatorio di Parigi, Università di Firenze e Istituto Nazionale di Astrofisica
Elementi chimici in una nube di gas distante (Credit: ESO/L. Calçada, M. Kornmesser)
Ricostruzione di elementi chimici in una nube di gas distante (Credit: ESO/L. Calçada, M. Kornmesser)

Un passo in più nella conoscenza della storia dell’Universo. È quello realizzato dalla ricerca – pubblicata su The Astrophysical Journal, a cura dell’Osservatorio di Parigi, Università di Firenze e Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) -, che ha scoperto le impronte lasciate dall’esplosione delle prime stelle dell’Universo in nubi di gas risalenti a 11 miliardi di anni fa, osservate attraverso il Very Large Telescope (VLT) dell’ European Southern Observatory (ESO) in Cile [“Evidence of first stars-enriched gas in high-redshift absorbers”  doi: 10.3847/1538-4357/acc39f ]

Andrea Saccardi, studente di dottorato presso l’Osservatorio di Parigi, è l’autore principale del lavoro. Il lavoro nasce dalla sua tesi di Master, svolta all’Università di Firenze sotto la co-supervisione di Stefania Salvadori, docente del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Firenze e leader del progetto Europeo NEFERTITI, e di Valentina D’Odorico (INAF Trieste).

“Per la prima volta in assoluto, siamo stati in grado di identificare in nubi di gas diffuso molto distanti le tracce chimiche delle esplosioni delle prime stelle, quelle che si sono formate dopo il Big Bang”, afferma Andrea Saccardi. “Le prime stelle – spiega Stefania Salvadori – erano molto diverse da quelle attuali: nate da nubi di gas contenenti solo gli elementi chimici più semplici (idrogeno ed elio), erano più massicce del nostro Sole e dunque morirono rapidamente in esplosioni conosciute come supernove. Queste esplosioni arricchirono per la prima volta il gas circostante con gli elementi chimici più pesanti formati proprio nel cuore delle prime stelle. Da quel gas arricchito sono nate le stelle di seconda generazione, alcune delle quali, come fossili celesti, ancora abitano la nostra galassia e quelle vicine”.

Le prime stelle, ormai scomparse, possono dunque essere studiate indirettamente rilevando gli elementi chimici che hanno disperso nell’ambiente circostante dopo la loro morte, come carbonio, ossigeno, magnesio e molti altri ancora, diversi per quantità e qualità a seconda della massa delle prime stelle e dell’energia di esplosione  delle prime supernove. Per cercare il segno rivelatore delle prime stelle che si formarono da un gas primordiale, il team ha studiato per la prima volta la composizione chimica di nubi di gas diffuse, povere di ferro e distanti. “Abbiamo identificato ed analizzato – spiega Salvadori – una trentina di nubi di gas diffuso, la metà delle quali povere di ferro (meno di un centesimo di quello che si osserva nel Sole). Tre di esse mostrano un eccesso di carbonio, ossigeno e magnesio, rispetto al ferro, cioè con una composizione chimica analoga alle stelle fossili di seconda generazione presenti ancora oggi nella Via Lattea”.

Lo studio del gas è stato realizzato grazie ad una fortissima sorgente luminosa posta dietro le nubi: i quasar, galassie lontanissime che ospitano buchi neri supermassicci in fase attiva. La luce potentissima dei quasar, percorrendo l’Universo, ha attraversato le nubi di gas, ed è stata modificata dalle diverse sostanze chimiche presenti in esse. Queste impronte sono state rilevate attraverso lo spettrografo X-shooter al VLT dell’ESO. Tale strumento divide, infatti, la luce in una gamma estremamente ampia di lunghezze d’onda o colori, permettendo l’identificazione di elementi chimici diversi.

“Grazie agli spettrografi di nuova generazione di cui sarà dotato l’Extremely Large Telescope (ELT) dell’ESO, il telescopio più grande al mondo in fase di costruzione in Cile, saremo in grado di studiare in modo ancora più dettagliato molte di queste rare nubi di gas e potremo finalmente scoprire la natura misteriosa delle prime stelle”, conclude Valentina D’Odorico, astrofisica dell’Istituto Nazionale di Astrofisica e coautrice dello studio.

 

Maggiori informazioni, immagini e video sul sito ESO

 

Credit: ESO/L. Calçada
Questo diagramma illustra come gli astronomi possano determinare la composizione chimica di nubi di gas distanti utilizzando come “faro” la luce di un oggetto brillante sullo sfondo, come ad esempio un quasar. Quando la luce del quasar passa attraverso la nube di gas, gli elementi chimici in essa contenuti assorbono diversi colori o lunghezze d’onda, lasciando linee scure nello spettro del quasar. Ogni elemento lascia un diverso insieme di linee, quindi studiando lo spettro gli astronomi possono calcolare la composizione chimica della nube di gas che si frappone (Credit: ESO/L. Calçada)

 


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