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Studiare le origini del carbonio nelle stelle morenti simili al Sole per analizzare le galassie

Un nuovo studio ha misurato le masse di gruppi di nane bianche nella Via Lattea per stabilire il loro ruolo come importante fonte di carbonio, un elemento essenziale per la vita di tutti gli organismi.

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Vi siete mai chiesti da dove viene il carbonio nel nostro corpo e se siamo tutti fatti di stelle? Il carbonio, l’ingrediente principale dei composti organici che si trovano in tutti gli organismi viventi sulla Terra, e le sue origini è un argomento spesso studiato dagli astrofisici. Per individuare le principali fonti di carbonio, un team internazionale di ricercatori ha analizzato gruppi di nane bianche, residui stellari molto densi che si raffreddano divenendo via via meno luminosi nel corso di miliardi di anni. Hanno scoperto che la maggior parte del carbonio nella nostra galassia proveniva da stelle con una dimensione iniziale pari a due volte quella del Sole che avevano liberato grandi quantità di massa ed erano diventate piccole nane bianche. Sostenuto dai progetti WD3D e STARKEY finanziati dall’UE, lo studio è stato pubblicato sulla rivista «Nature Astronomy». Ai fini dello studio, gli scienziati hanno utilizzato l’osservazione di nane bianche in ammassi stellari aperti, gruppi di stelle (fino a qualche migliaio) tenute insieme dalla reciproca attrazione gravitazionale e formatesi più o meno nello stesso periodo nella Via Lattea. I dati utilizzati, raccolti nel 2018, provengono dall’Osservatorio W. M. Keck delle Hawaii. I ricercatori hanno scoperto che le masse di nane bianche analizzate «erano significativamente più grandi di quanto previsto, introducendo una sorta di “anomalia” nella relazione massa iniziale-massa finale [IFMR] per le stelle con masse iniziali rientranti in un determinato intervallo», come si legge in un articolo dell’Università della California Santa Cruz (UCSC). Nello stesso articolo, l’autrice principale, la prof.ssa Paola Marigo dell’Università di Padova ospite di STARKEY, afferma: «Il nostro studio ha interpretato quell’anomalia...come la firma della sintesi del carbonio ad opera delle stelle a bassa massa nella Via Lattea».

Dalla nascita alla morte

Come hanno spiegato i ricercatori nell’articolo pubblicato sulla rivista, la IFMR «collega la massa alla nascita di una stella alla massa dei resti compatti che questa, morendo, lascia dietro sé». Nelle fasi finali della loro vita, tali stelle spargono le loro ceneri nello spazio circostante attraverso venti stellari arricchiti di elementi chimici, tra cui il carbonio. Secondo l’articolo dell’UCSC: «I dettagliati modelli stellari del team indicano che la rimozione del mantello esterno ricco di carbonio fu un evento che si verificò abbastanza lentamente da consentire ai nuclei centrali di queste stelle, le future nane bianche, di crescere sensibilmente in massa». Si aggiunge inoltre: «Analizzando la relazione massa iniziale-massa finale intorno all’anomalia, i ricercatori hanno concluso che le stelle con una massa pari a più di due volte quella del sole hanno contribuito all’arricchimento galattico del carbonio, mentre le stelle con meno di 1,5 masse solari non lo hanno fatto». Nello stesso articolo, la Prof.ssa Marigo dichiara: «Ora sappiamo che il carbonio proviene da stelle con una massa iniziale non inferiore a circa 1,5 masse solari”. Il coautore Pier-Emmanuel Tremblay, professore associato presso l’Università di Warwick ospite di WD3D, sottolinea che la IFMR «è anche ciò che fissa il limite di massa inferiore per le supernovae, le gigantesche esplosioni viste a grande distanza e che sono davvero importanti per comprendere la natura dell’universo». Il progetto WD3D in corso (Evolution of white dwarfs with 3D model atmospheres) mira a «calcolare simulazioni 3D per i residui stellari di tutte le composizioni chimiche atmosferiche e collegare questi calcoli di superficie a modelli di strutture interne, dove il gas si trasforma in un liquido e poi in un solido», come dichiarato in un rapporto periodico. Il progetto STARKEY (Solving the TP-AGB STAR Conundrum: a KEY to Galaxy Evolution) che ha contribuito allo studio si è concluso nell’aprile 2019. Per ulteriori informazioni, consultare: progetto WD3D progetto STARKEY

Parole chiave

WD3D, STARKEY, carbonio, nana bianca, Via Lattea, relazione massa iniziale-massa finale

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