Gli astronomi hanno scoperto una stella che rappresenta un vero e proprio fossile cosmico, capace di raccontare come si sono comportate le primissime stelle dell’universo quando sono esplose. Si tratta di PicII-503, un astro situato nella piccola galassia nana Pictor II, a circa 150.000 anni luce dalla Terra, nella costellazione del Pittore.
La stella è stata individuata grazie alla Dark Energy Camera montata sul telescopio Victor Blanco da 4 metri in Cile. Ciò che rende PicII-503 straordinaria è la sua composizione chimica: contiene soltanto 1/40.000 del ferro presente nel Sole, la concentrazione più bassa mai misurata al di fuori della Via Lattea. Questo deficit estremo la colloca tra le stelle più primitive mai osservate.
Ma l’aspetto più sorprendente non è la scarsità di ferro. PicII-503 presenta un’abbondanza massiccia di carbonio, con un rapporto carbonio-ferro superiore di oltre 1.500 volte rispetto a quello del Sole. Questa firma chimica rispecchia quella delle stelle povere di ferro trovate nell’alone esterno della nostra galassia, offrendo per la prima volta una spiegazione chiara della loro origine.
Le prime stelle dell’universo, chiamate stelle di Popolazione III, nacquero quando la composizione chimica del cosmo si limitava a idrogeno, elio e tracce minime di elementi più pesanti. Queste stelle primordiali forgiarono nei loro nuclei i primi atomi di carbonio e ferro, materiali che furono poi dispersi nello spazio interstellare quando morirono in esplosioni di supernova.
Le nubi di gas e polvere arricchite da questi metalli si raffreddarono e collassarono per dare vita alla seconda generazione di stelle, più ricche di elementi pesanti grazie al contributo delle loro progenitrici. Le stelle di Popolazione II come PicII-503 funzionano quindi come capsule del tempo, registrando una fase cruciale nell’arricchimento chimico dell’universo.
Secondo Anirudh Chiti della Stanford University, leader del team di ricerca, scoprire una stella che preserva in modo inequivocabile i metalli pesanti delle prime stelle era al limite di ciò che si riteneva possibile, data l’estrema rarità di questi oggetti. PicII-503 offre una finestra senza precedenti sulla produzione iniziale di elementi all’interno di un sistema primordiale.
La stella è stata identificata come estremamente povera di metalli grazie ai dati raccolti dalla survey MAGIC, un progetto osservativo di 54 notti sviluppato specificamente per individuare le stelle più antiche e chimicamente primitive nella Via Lattea e nelle sue galassie nane compagne. Senza i dati di MAGIC sarebbe stato impossibile isolare questa stella tra le centinaia di altre nelle vicinanze di Pictor II.
Il team ha combinato i dati di MAGIC con osservazioni del Very Large Telescope nel deserto di Atacama in Cile e del telescopio Baade Magellan. Queste osservazioni hanno confermato le bassissime abbondanze di ferro e calcio di PicII-503, le più basse mai registrate oltre la nostra galassia, rivelando il primo record di arricchimento chimico trovato in una galassia nana.
Una possibile spiegazione per il rapporto ferro-carbonio sorprendentemente basso di PicII-503 è che quando le stelle di Popolazione III esplosero come supernovae, queste esplosioni furono relativamente deboli in termini di energia. Ciò avrebbe significato che mentre elementi leggeri come il carbonio venivano proiettati nel mezzo interstellare, elementi pesanti come il ferro ricadevano nei resti della supernova.
Il fatto che PicII-503 si trovi in una delle galassie nane più piccole mai osservate, con una corrispondente bassa influenza gravitazionale, supporta l’idea di stelle di Popolazione III morte in supernovae a bassa energia. In galassie così piccole, un’esplosione violenta avrebbe probabilmente espulso i nuovi elementi completamente fuori da Pictor II, lasciando poco materiale per costruire stelle successive.
Questa scoperta risolve anche un mistero di lunga data. Nell’alone esterno della Via Lattea, la regione sparsa di stelle che circonda il disco galattico luminoso, gli astronomi hanno trovato molte stelle con bassissimo contenuto di ferro e pattern chimici simili. Per anni si era sospettato che questi oggetti fossero immigrati da galassie minuscole successivamente inglobate dalla Via Lattea. PicII-503 fornisce ora la prima prova chiara di questa teoria, perché la sua chimica corrisponde esattamente al pattern anomalo di carbonio delle stelle dell’alone.
La ricerca, pubblicata sulla rivista Nature Astronomy, rappresenta un esempio di archeologia cosmica. Come gli artefatti terrestri insegnano alle generazioni perdute di esseri umani, questa osservazione fornisce prove concrete di come la prima generazione di stelle sia morta per arricchire chimicamente le loro successori. La posizione di PicII-503, lontano dal centro di Pictor II ma nelle sue sottili periferie esterne, suggerisce che gli indizi chimici più antichi potrebbero trovarsi dove gli osservatori hanno passato meno tempo a cercare.
Secondo Chris Davis, direttore del programma della National Science Foundation per NOIRLab, scoperte come questa sono archeologia cosmica che porta alla luce rari fossili stellari che preservano le impronte digitali delle prime stelle dell’universo. Con i telescopi attuali che non possono leggere i primi passi chimici all’interno delle galassie primordiali più piccole a distanze estreme, stelle vicine come PicII-503 rappresentano uno dei pochi modi per studiare un periodo altrimenti nascosto alla nostra vista.
