Due astrofisici del Laboratorio per la ricerca spaziale (LSR) dell'Università di Hong Kong (HKU) hanno finalmente risolto un enigma astrofisico vecchio di 20 anni riguardante le quantità inferiori del previsto dell'elemento zolfo trovato nelle nebulose planetarie (PNe). rispetto alle aspettative e alle misurazioni di altri elementi e altri tipi di oggetti astrofisici.
I livelli attesi di zolfo sembravano da tempo "dispersi". Tuttavia, ora sono finalmente tornati in servizio dopo essersi nascosti in bella vista, come risultato dell’utilizzo di dati altamente accurati e affidabili. Il team ha recentemente riportato i propri risultati su The Astrophysical Journal Letters .
Le PNe sono gli avvolgimenti gassosi luminosi, espulsi, di breve durata delle stelle morenti che da tempo affascinano ed entusiasmano sia gli astronomi professionisti che quelli dilettanti con le loro forme colorate e varie. Le PNe vivono solo poche decine di migliaia di anni rispetto alle loro stelle ospiti, che possono impiegare miliardi di anni prima di passare attraverso la fase PN e diventare nane bianche.
Di conseguenza, le PNe forniscono un’istantanea quasi istantanea dell’agonia stellare. Costituiscono una finestra scientifica vitale sull'evoluzione stellare in fase avanzata poiché i loro ricchi spettri di righe di emissione consentono studi dettagliati delle loro composizioni chimiche.
Studi precedenti hanno dimostrato che gli spettri ottici del PNe sembravano avere un deficit variabile dell’elemento zolfo. Questo deficit era difficile da spiegare perché lo zolfo, noto come elemento α, dovrebbe essere prodotto di pari passo con altri elementi come ossigeno, neon, argon e cloro nelle stelle più massicce. Di conseguenza, anche la sua abbondanza cosmica dovrebbe essere direttamente proporzionale.
Sorprendentemente, mentre sono state osservate forti correlazioni tra l'abbondanza di zolfo e ossigeno nelle regioni H II (regione ionizzata dell'idrogeno) e nelle galassie compatte blu, le PNe originate da stelle di massa da bassa a intermedia mostrano costantemente livelli di zolfo più bassi, dando origine al misterioso "zolfo" anomalia" che ha lasciato perplessi e infastiditi gli astronomi per decenni.
Risolvere il mistero
Shuyu Tan, laureata in fisica alla HKU MPhil e assistente di ricerca alla HKU LSR, insieme al suo supervisore, il professor Quentin Parker, direttore della LSR, hanno utilizzato un campione senza precedenti di spettri ottici segnale-rumore (S/N) eccezionali per circa 130 PNe situato al centro della nostra galassia. Questo set di dati eccezionale presentava un rumore di fondo minimo, consentendo un esame chiaro e dettagliato delle caratteristiche spettrali, aiutando il team ad affrontare e risolvere il mistero in modo efficace.
Queste PNe sono state osservate utilizzando il Very Large Telescope da 8 metri dell’Osservatorio Europeo Australe (ESO) leader a livello mondiale in Cile. Si scopre che l’anomalia era essenzialmente il risultato della scarsa qualità dei dati per le linee di emissione di zolfo negli spettri PNe. Si è scoperto che l'uso dell'ossigeno come comparatore della metallicità di base rispetto ad altri elementi non era accurato e, invece, l'argon ha dimostrato una correlazione più forte con l'ossigeno per lo zolfo ed è stato suggerito come indicatore più affidabile di metallicità e come elemento di confronto adatto.
Pertanto, quando un campione ampio e accuratamente selezionato di PNe è stato osservato spettroscopicamente ad alto rapporto S/N su un grande telescopio, non solo i dati hanno rivelato per la prima volta un forte comportamento sincronizzato dello zolfo nel PNe, come visto e previsto per altri tipi di oggetti astrofisici, ma l'anomalia stessa effettivamente scomparve.
Gli autori hanno effettivamente smentito le precedenti affermazioni che suggerivano che l’anomalia dello zolfo nelle nebulose planetarie fosse il risultato di stadi di ionizzazione dello zolfo più alti sottostimati o di deboli flussi di linee di zolfo. Questa scoperta sottolinea l'importanza fondamentale dei dati di alta qualità nello svelare i misteri scientifici.
Ulteriori informazioni: Shuyu Tan et al, Dove o appassisce l'anomalia dello zolfo nelle nebulose planetarie? Le lettere del diario astrofisico (2024). DOI:10.3847/2041-8213/ad1ed9
Fornito dall'Università di Hong Kong
