Uno studio mostra che le stelle più massicce nelle ultime fasi della loro vita sono quelle che contaminano il mezzo interstellare con nuovi elementi chimici, dando origine a successive generazioni di stelle in questi "fossili astronomici".

Gli ammassi globulari sono sciami di circa un milione di stelle legate tra loro dal loro campo gravitazionale e distribuite approssimativamente in modo sferico, che si sono formati da una singola nube di gas interstellare e polvere. Poiché la loro età è vicina a quella dell'universo stesso, sono considerati dei veri e propri "fossili astronomici" perché conservano informazioni sulla composizione chimica e sull'evoluzione delle galassie dall'epoca della loro origine. In questi ammasso si formano stelle di diverse dimensioni, e osservando le stelle più massicce che ancora sopravvivono possiamo calcolare l'età dell'ammasso. Tuttavia da una ventina di anni sappiamo che ci sono diverse generazioni di stelle in un singolo ammasso. E l'origine di queste generazioni successive non era chiara fino ad ora.

Il giornale professionale Le Lettere del Giornale Astrofisico pubblica oggi uno studio di un team internazionale, a cui ha partecipato l'Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), che risolve questo mistero sulla formazione e l'evoluzione degli ammassi globulari nell'universo primordiale. Secondo questo studio la chiave è nella più massiccia, stelle evolute AGB (ramo gigante asintotico). Questa è la prima prova che queste stelle giocano un ruolo fondamentale nella contaminazione del mezzo interstellare, da cui si sono formate generazioni successive di stelle.

Paolo Ventura, astronomo dell'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) e primo autore dell'articolo, ha menzionato l'importanza delle stelle dell'AGB durante il suo recente soggiorno all'IAC come ricercatore in visita di Severo Ochoa, durante il quale stavano lavorando allo studio pubblicato oggi. "Fino ad ora", spiega Aníbal García-Hernández, ricercatore presso l'IAC e secondo autore dell'articolo, "vari tipi diversi di stelle erano stati preparati come candidati:stelle supermassicce, stelle massicce in rapida rotazione, binari interagenti massicci, e massicce stelle AGB. Questa ricerca chiude il dibattito su quali stelle causano questo processo, e risolve una delle incognite eccezionali nella formazione e nell'evoluzione degli ammassi globulari", conclude.

"Il prossimo passo", spiega Flavia Dell'Agli, che di recente è entrato a far parte dell'IAC come ricercatore post-dottorato, e chi è il terzo autore dell'articolo, "sarà l'analisi sistematica di tutti gli ammassi globulari dell'emisfero nord già osservati nel progetto APOGEE, così come i grandi numeri di questi sistemi che saranno osservati, a partire dalla prossima primavera, nell'emisfero australe in APOGEE-2".

Il ruolo delle star dell'AGB

Storicamente, gli ammassi globulari sono stati utilizzati come laboratori per lo studio dell'evoluzione stellare, perché si pensava che tutte le stelle di un ammasso globulare si formassero contemporaneamente e quindi avessero la stessa età. Tuttavia da un paio di decenni è noto che quasi tutti gli ammassi globulari contengono diverse popolazioni stellari. Nella prima generazione le abbondanze chimiche, ad esempio quelli di elementi come alluminio e magnesio, mostrare la composizione del mezzo interstellare (o intra-cluster) originale. Nel breve tempo (astronomicamente) di soli 500 milioni di anni il mezzo viene contaminato e da questo mezzo si forma la seconda generazione di stelle. I ricercatori pensano che alcune delle stelle più massicce della prima generazione producano e distruggano gli elementi pesanti al loro interno ("nucleosintesi") e con una rapida perdita di massa contaminino il mezzo interstellare dove si forma poi la seconda generazione di stelle con diverse abbondanze chimiche. Ma quali stelle sono responsabili di questo fenomeno?

I ricercatori sospettavano che le stelle AGB (ramo gigante asintotico) più massicce, che hanno da quattro a otto volte la massa del Sole, e ora questo studio ha corroborato il sospetto. Per fare ciò hanno utilizzato osservazioni delle abbondanze di magnesio e alluminio osservate dalla collaborazione internazionale Sloan Digital Sky Survey (SDSS-III) e dall'indagine specifica APOGEE (Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment) combinate con modelli teorici di nucleosintesi nelle stelle AGB. Sono stati in grado di riprodurre per la prima volta l'anticorrelazione (una relazione in cui quando una quantità cresce l'altra diminuisce) tra i due elementi in cinque ammassi globulari con metallicità molto diverse (quantità complessive di metalli).

La produzione di alluminio e la distruzione del magnesio all'interno delle stelle è molto sensibile alla loro temperatura e alla metallicità complessiva, quindi offrono una buona diagnostica per svelare la natura delle stelle contaminanti. Maggiore è la temperatura nella zona di origine di questi elementi, la base della zona di convezione all'interno della stella, più alluminio viene prodotto e più magnesio viene distrutto. È anche noto che la temperatura in questa zona aumenta quando la quantità totale di metalli nella stella diminuisce. Nelle stelle AGB massicce ci si aspettano diversi tipi di queste anticorrelazioni:a metallicità molto bassa ci si aspetta più alluminio e più distruzione di magnesio, e a metallicita' piu' alta, esattamente il contrario. Queste variazioni nelle anticorrelazioni sono esattamente ciò che si osserva negli ammassi globulari, e concorda molto bene con le previsioni teoriche per le stelle AGB massicce, che producono questi elementi al loro interno, per poi espellerli durante una fase di perdita di massa estremamente rapida.