Nel tentativo di ricostruire le prime fasi di vita dell’Universo, gli astronomi studiano oggetti estremamente primitivi, che conservano tracce dei primi processi cosmici. Tra questi, alcune stelle rappresentano delle vere e proprie “capsule del tempo”, capaci di raccontare come si sono formati i primi elementi chimici. È il caso della stella PicII-503, una delle più primitive mai osservate, scoperta nella galassia nana ultradebole Pictor II, a circa 150 mila anni luce dalla Terra.
Questa stella è stata identificata grazie alla Dark Energy Camera (DECam) installata sul telescopio Víctor M. Blanco in Cile, nell’ambito della survey MAGIC, progettata per individuare le stelle più antiche e povere di metalli. PicII-503 contiene meno ferro di qualsiasi altra stella mai osservata al di fuori della Via Lattea, appena 1/40.000 rispetto al Sole. Allo stesso tempo, ha una quantità di carbonio insolitamente elevata.
Questa combinazione rende PicII-503 uno degli esempi più chiari finora di stella di seconda generazione, formata a partire dai materiali prodotti dalle primissime stelle dell’Universo. Le cosiddette stelle di popolazione III, infatti, erano composte quasi esclusivamente da idrogeno ed elio e hanno prodotto i primi elementi più pesanti attraverso le reazioni nucleari.
Quando queste stelle sono esplose come supernovae, hanno arricchito il mezzo interstellare di nuovi elementi. PicII-503 conserva proprio le tracce di questo processo, offrendo agli astronomi una rara opportunità per osservare direttamente gli effetti della prima fase di evoluzione chimica del cosmo.
Una firma chimica che racconta le prime stelle
Le caratteristiche chimiche di PicII-503 sono ciò che la rende così importante. Oltre alla scarsità estrema di ferro, la stella mostra un rapporto carbonio-ferro oltre 1500 volte superiore a quello del Sole. Questo tipo di firma chimica è già stata osservata in alcune stelle molto antiche presenti nell’alone esterno della Via Lattea, ma la loro origine non era ancora del tutto chiara.
PicII-503 adesso ci fornisce un indizio diretto: queste stelle potrebbero essersi formate in piccole galassie nane primordiali, simili a Pictor II, ed essere state inglobate successivamente nella Via Lattea, nel corso della sua evoluzione. La scoperta è anche il primo esempio di una stella di seconda generazione in una galassia nana ultradebole.
Gli astronomi ritengono che questa particolare abbondanza di carbonio sia il risultato di esplosioni di supernova a bassa energia. In questi eventi, gli elementi più pesanti come il ferro tendono a ricadere verso il nucleo della stella collassata, mentre elementi più leggeri come il carbonio vengono espulsi nello spazio circostante.
Analizzando la composizione chimica di stelle come PicII-503, è possibile ricostruire i meccanismi con cui le prime stelle hanno prodotto e distribuito gli elementi nell’Universo. Questo approccio, definito “archeologia cosmica”, consente di studiare epoche che sarebbero altrimenti irraggiungibili con le osservazioni dirette.
Il ruolo delle galassie nane nella storia cosmica
La posizione di PicII-503 all’interno di una galassia nana ultradebole è un altro elemento di interesse. Pictor II è un sistema molto piccolo, con una massa e una gravità limitate, caratteristiche che influenzano il modo in cui trattiene gli elementi prodotti dalle supernovae.
Se le esplosioni delle prime stelle fossero state molto energetiche, gran parte degli elementi chimici sarebbe sfuggita alla debole attrazione gravitazionale della galassia. Il fatto che PicII-503 mostri una composizione così specifica suggerisce invece che le supernovae coinvolte fossero relativamente poco energetiche, permettendo al materiale di rimanere nel sistema e contribuire alla formazione di nuove stelle.
La scoperta è stata possibile combinando i dati della survey MAGIC con osservazioni più dettagliate effettuate dal Very Large Telescope e dal telescopio Magellan/Baade. In questo modo sono state misurate con precisione le abbondanze chimiche della stella, confermando la sua natura estremamente primitiva.
PicII-503 rappresenta quindi una prova diretta dei processi di arricchimento chimico nelle prime galassie. Studiando oggetti simili, gli astronomi possono comprendere meglio come l’Universo sia passato da una composizione semplice, dominata da idrogeno ed elio, a quella più complessa che osserviamo oggi. In questo, sarà di grande aiuto la survey LSST (Legacy Survey of Space and Time) del Vera C. Rubin Observatory, che inizierà nei prossimi mesi.
L’abstract dello studio che parla della scoperta di PicII-503, pubblicato su Nature Astronomy, è reperibile qui.
