Memoria dello Spazio

Una debole stella nella regione meridionale della Via Lattea, designata come HE0107-5240, è composta virtualmente - secondo i dati diffusi dall'ESO nel 2002 - solo di idrogeno e di elio. Presenta un contenuto bassissimo di elementi pesanti, solo 1/200.000 di quello del Sole, 20 volte meno della stella che deteneva il record in precedenza (un po’ più, però, dell’attuale stella-record, HE1327-2326, che ha solo 1/300.000 di elementi pesanti rispetto al Sole.).

La scoperta fu il frutto di un progetto di ricerca internazionale, la Hamburg/ESO survey, confermata da una successiva analisi spettrografica ad alta risoluzione di HE0107-5240, eseguita con le sofisticate attrezzature dell'ESO a Cerro Paranal in Cile.

Questa scoperta aprì una finestra verso l’epoca remotissima in cui la Via Lattea era giovane, forse ancora in via di formazione. Diversamente da quanto sosteneva la maggior parte delle teorie di formazione stellare, fu dimostrato che stelle relativamente leggere come HE0107-5240, con una massa pari a circa l’80% di quella del Sole, possono formarsi anche in un ambiente quasi del tutto privo di elementi pesanti.

Da anni ormai, gli astronomi setacciano la Via Lattea alla ricerca di stelle appartenenti alla primissima generazione stellare, fatte soltanto di idrogeno e di elio provenienti direttamente dal Big Bang. Fino a questo momento non ne è stata trovata neanche una.

Così, la scoperta di HE0107-5240 rialimentò la speranza di riuscire alla fine a trovare una sopravvissuta, una stella risalente alla prima età dell’Universo, in grado di consentire agli astronomi di gettare uno sguardo sul materiale “incontaminato” del Big Bang.

Generazioni stellari nella Via Lattea

La Via Lattea, la galassia in cui viviamo, si formò da una gigantesca nube di gas quando l’Universo era ancora giovane, in un’epoca di poco successiva al Big Bang. All'inizio, questo gas era composto quasi esclusivamente di atomi di idrogeno e di elio, prodotti appunto durante il Big Bang.

Tuttavia, una volta che si furono formate le prime stelle per contrazione di quel gas, i processi nucleari attivi al loro interno portarono alla creazione di numerosi elementi più pesanti. Con il passare del tempo, molte stelle di quella prima generazione e della successiva restituirono alla fine delle loro vite all’ambiente circostante la materia da esse elaborata, sia attraverso violente esplosioni di supernova sia attraverso i loro poderosi venti stellari. In tal modo, il gas interstellare nel sistema della Via Lattea finì per essere arricchito di continuo da elementi più pesanti dell’idrogeno e dell’elio originari. Stelle di generazioni successive come il nostro Sole contengono questi elementi prodotti da antiche progenitrici e noi stessi siamo fatti di tali elementi.

In sintesi, le prime e più antiche stelle nella Via Lattea differiscono dalle stelle più giovani principalmente perché contengono quantità molto piccole di quegli elementi pesanti.

A caccia delle stelle più antiche

Possono essere sopravvissute fino ai giorni nostri alcune di quelle antichissime stelle? In teoria è possibile che alcune delle più leggere, quelle cioè dotate dell’aspettativa di vita più lunga, siano ancora, per così dire, in circolazione. Ma se è così, dove si trovano?

Durante gli ultimi tre decenni, si sono cercati con accanimento nella Via Lattea dei genuini rappresentanti della primissima generazione stellare, cioè stelle che non presentassero affatto, o solo in proporzioni ridottissime, elementi diversi dall’idrogeno e dall’elio. I ricercatori fanno usualmente riferimento a tali oggetti come stelle di Popolazione III, essendo le altre due popolazioni composte da stelle come il Sole, che presentano elementi pesanti in abbondanza (Popolazione I), o da stelle che li presentano in quantità un po’ minore (Popolazione II).

La maggior parte delle stelle nella Via Lattea si muove all’interno del disco. Per la gran parte di esse, l’1 o il 2 per cento della massa consiste di elementi chimici più pesanti dell’idrogeno e dell’elio, che in astrofisica sono chiamati collettivamente 'metalli'; questo è anche il caso del Sole, che, all’età di 4,6 miliardi di anni, ha circa un terzo dell’età della nostra galassia.

Esiste tuttavia un’altra popolazione di stelle, per la quale l’abbondanza di elementi pesanti è soltanto 1/10 – 1/1000 di quella del Sole. Tali stelle si trovano negli ammassi globulari, ma la maggior parte di esse si muove in un enorme sciame intorno al disco: l’alone della galassia.

Le stelle dell’alone nacquero quando la Via Lattea era giovane e il loro moto reca ancora traccia del processo attraverso il quale la galassia si è formata. Le stelle dell’alone sono considerate stelle di Popolazione II, per via della loro composizione chimica differente dalle più giovani stelle del disco galattico, come il Sole, che sono considerate stelle di Popolazione I.

Ma qual è, comunque, l’origine della pur piccola quantità di elementi pesanti nelle stelle di Popolazione II? Devono esservi state, nel gas primigenio della Via Lattea (o anche in quello che esisteva prima della sua formazione), supernovae e altre stelle esplodenti, dai cui resti le stelle di Popolazione II trassero origine. Quella prima, per ora solo ipotetica, generazione stellare è la fantomatica Popolazione III. Dei molti tentativi di scoprire stelle di Popolazione III, presumibilmente del tutto prive di metalli, nessuno finora, come dicevamo all'inizio, è stato coronato da successo.

La Hamburg/ESO survey

In questo contesto, la scoperta di HE 0107-5240, che ha un contenuto di elementi pesanti 200.000 volte inferiore a quello del Sole, è dunque un risultato scientifico importante. Si deve alla ricerca sistematica di stelle molto povere di metalli, portata avanti dal Hamburger Sternwarte. Per più di dieci anni, è stata accumulata una grande collezione di immagini fotografiche, ottenute con il telescopio grandangolare Schmidt da 1 m dell’ESO, oggi ritirato, in uso all'epoca presso l’osservatorio di La Silla in Cile. Grazie a un ampio prisma di vetro messo davanti al telescopio, ogni oggetto celeste osservato - dalle stelle alle galassie - è stato ripreso sotto forma di un piccolo spettro luminoso, fornendo una prima idea di massima del suo tipo e della sua composizione.

Lo scopo principale della Hamburg/ESO survey era di trovare quasar (nuclei particolarmente attivi di antiche galassie), un compito che è stato eseguito con successo.

Un risultato collaterale di questa ricerca, molto gradito, è stata una ricca collezione di stelle molto povere di metalli. Usando computer veloci e sofisticati software di riconoscimento automatico per analizzare le esposizioni fotografiche e scandagliare i milioni di spettri stellari archiviati, sono state identificate 8.000 stelle candidate a essere classificate come molto povere di metalli. Queste stelle sono state in seguito esaminate spettroscopicamente per mezzo di numerosi telescopi di medie dimensioni in tutto il mondo. Le candidate confermate sono state poi osservate con i maggiori telescopi del pianeta, allo scopo di ottenere spettri di altissima qualità, in grado di consentire agli astronomi di determinare con accuratezza la composizione chimica di quelle stelle.

HE 0107-5240, stella molto deficiente di metalli

Una di esse, designata HE0107-5240 (HE sta per Hamburg/ESO Survey e i numeri denotano la posizione approssimativa), è circa diecimila volte più debole della più fioca stella visibile a occhio nudo. Situata nella costellazione meridionale della Fenice, a una distanza di circa 36.000 anni luce dalla Terra, è stata osservata nel dicembre 2001 con lo strumento UVES (UV-Visual Echelle Spectrograph) del telescopio VLT KUEYEN da 8,2 m dell’osservatorio ESO di Cerro Paranal in Cile. Grazie agli spettri così ottenuti, è stato possibile determinare con precisione la sua composizione chimica.

HE0107-5240 è risultata essere la stella più povera di metalli conosciuta fino al 2002. Secondo Norbert Christlieb, primo autore della ricerca,

Bengt Gustafsson dell’Università di Uppsala, che aveva condotto le analisi chimiche insieme con Christlieb, precisò:

Riferimenti