Tutto intorno a te:la tua scrivania, il tuo portatile, la tua tazza di caffè – infatti, anche tu – sei fatto di polvere di stelle, la materia forgiata nelle fornaci ardenti delle stelle morte prima che nascesse il nostro sole. Sondando lo spazio che circonda un misterioso cadavere stellare, gli scienziati dell'Università dell'Arizona hanno fatto una scoperta che potrebbe aiutare a risolvere un mistero di vecchia data:da dove viene la polvere di stelle?

Quando le stelle muoiono, seminano il cosmo intorno a loro con gli elementi che vanno a fondersi in nuove stelle, pianeti, asteroidi e comete. Quasi tutto ciò che costituisce la Terra, anche la vita stessa, è costituito da elementi realizzati da stelle precedenti, compreso il silicio, carbonio, azoto e ossigeno. Ma questa non è tutta la storia. I meteoriti contengono comunemente tracce di un tipo di polvere di stelle che, fino ad ora, si credeva si formasse solo in condizioni eccezionalmente violente, eventi esplosivi di morte stellare noti come novae o supernovae - troppo rari per spiegare l'abbondanza conservata nei meteoriti.

I ricercatori dell'UA hanno utilizzato radiotelescopi in Arizona e in Spagna per osservare le nubi di gas nella giovane nebulosa planetaria K4-47, un oggetto enigmatico circa 15, 000 anni luce dalla Terra. Classificato come una nebulosa, K4-47 è un residuo stellare, che gli astronomi credono sia stato creato quando una stella non dissimile dal nostro sole ha versato parte del suo materiale in un guscio di gas in uscita prima di terminare la sua vita come nana bianca.

Con loro sorpresa, i ricercatori hanno scoperto che alcuni degli elementi che compongono la nebulosa – carbonio, azoto e ossigeno – sono altamente arricchiti con alcune varianti che corrispondono alle abbondanze osservate in alcune particelle di meteorite ma sono altrimenti rare nel nostro sistema solare:i cosiddetti isotopi pesanti del carbonio, azoto e ossigeno, o ¹³ C, ¹⁵ N e ¹⁷ Oh, rispettivamente. Questi isotopi differiscono dalle loro forme più comuni poiché contengono un neutrone in più all'interno del loro nucleo.

La fusione di un neutrone aggiuntivo su un nucleo atomico richiede temperature estreme superiori a 200 milioni di gradi Fahrenheit, portando gli scienziati a concludere che quegli isotopi potrebbero formarsi solo nelle novae - violente esplosioni di energia nei vecchi sistemi di stelle binarie - e nelle supernovae, in cui una stella si esplode in un'esplosione catastrofica.

"I modelli che invocano solo novae e supernova non potrebbero mai spiegare le quantità di ¹⁵ N e ¹⁷ O osserviamo in campioni di meteoriti, " disse Lucy Ziurys, autore senior del documento, che è pubblicato nel numero del 20 dicembre della rivista Natura . "Il fatto che stiamo trovando questi isotopi in K4-47 ci dice che non abbiamo bisogno di strane stelle esotiche per spiegare la loro origine. Si scopre che anche le stelle medie delle varietà da giardino sono in grado di produrli".

Al posto di eventi esplosivi catastrofici che forgiano isotopi pesanti, il team suggerisce che potrebbero essere prodotti quando una stella di dimensioni medie come il nostro sole diventa instabile verso la fine della sua vita e subisce un cosiddetto lampo di elio, in cui l'elio super caldo proveniente dal nucleo della stella penetra attraverso l'involucro di idrogeno sovrastante.

"Questo processo, durante il quale il materiale deve essere vomitato e raffreddato rapidamente, produce ¹³ C, ¹⁵ N e ¹⁷ Oh, " ha spiegato Ziurys, un professore con doppio incarico presso l'Osservatorio Steward dell'UA e il Dipartimento di Chimica e Biochimica. "Un lampo di elio non fa a pezzi la stella come fa una supernova. È più simile a un'eruzione stellare".

I risultati hanno implicazioni per l'identificazione della polvere di stelle e la comprensione di come le stelle comuni creano elementi come l'ossigeno, azoto e carbonio, hanno detto gli autori.

La scoperta è stata possibile grazie a una collaborazione tra discipline che tradizionalmente sono rimaste relativamente separate:astronomia e cosmochimica. Il team ha utilizzato i radiotelescopi dell'Arizona Radio Observatory e dell'Institut de Radioastronomie Millimetrique (IRAM) per osservare gli spettri rotazionali emessi dalle molecole nella nebulosa K4-47, che rivelano indizi sulla loro distribuzione di massa e sulla loro identità.

"Quando Lucy e io abbiamo iniziato a collaborare a questo progetto, ci siamo resi conto che potevamo conciliare ciò che abbiamo trovato nei meteoriti e ciò che osserviamo nello spazio, " ha detto il co-autore Tom Zega, professore associato di cosmochimica, materiali planetari e astrobiologia nel Laboratorio Lunare e Planetario dell'UA.

I ricercatori stanno aspettando con impazienza le scoperte che ci attendono per la missione di restituzione del campione di asteroidi OSIRIS-REx della NASA, che è guidato dall'UA. Solo due settimane fa, la navicella è arrivata al suo asteroide bersaglio, Bennu, da cui raccoglierà un campione di materiale incontaminato nel 2020. Uno dei principali obiettivi della missione è comprendere l'evoluzione di Bennu e le origini del sistema solare.

"Puoi pensare ai grani che troviamo nei meteoriti come ceneri stellari, lasciato da stelle che erano morte da tempo quando si formò il nostro sistema solare, " ha detto Zega. "Ci aspettiamo di trovare quei grani pre-solari su Bennu - fanno parte del puzzle della storia di questo asteroide, e questa ricerca aiuterà a definire da dove proviene il materiale su Bennu".

"Ora possiamo rintracciare da dove provenivano quelle ceneri, " Ha aggiunto Ziurys. "È come un'archeologia della polvere di stelle".

"Lo studio dell'elio esplosivo che brucia all'interno delle stelle aprirà un nuovo capitolo nella storia dell'origine degli elementi chimici, " disse Neville "Nick" Woolf, Professore emerito allo Steward Observatory e quarto coautore.

La prima autrice dell'articolo è Deborah Schmidt, uno studente di dottorato presso l'Osservatorio Steward.