Da dove ha origine il carbonio nella Via Lattea?
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Dallo studio della morte delle stelle e delle loro fasi come nane bianche si comprende meglio come si sia diffuso il carbonio nella Via Lattea.
Dalla morte nasce la vita, sulla Terra come nell’Universo.
Un’immagine che può sembrare solo molto romantica, ma che in realtà cela anche verità scientifica: nelle fasi finali della loro vita le stelle emettono le loro ceneri nel cosmo attraverso delle stupende nebulose planetarie. Queste ceneri, diffuse attraverso venti stellari, sono arricchite con molti elementi chimici, incluso il carbonio, uno dei mattoncini fondamentali per la vita.
Uno studio pubblicato su Nature Astronomy e la cui prima autrice è l’italiana Paola Marigo, professoressa di fisica e astronomia all’Università di Padova, racconta che i respiri finali di queste stelle morenti, chiamate nane bianche, hanno fatto luce sull’origine del carbonio nella Via Lattea.
La stessa Marigo afferma che i loro risultati
aiutano a comprendere meglio le proprietà delle galassie nell’universo e come sia stato trasportato il carbonio nella nostra galassia.
Inoltre, come afferma Jeffrey Cummings, un ricercatore associato Scienziato nel Dipartimento di Fisica e Astronomia della Johns Hopkins University e tra gli autori del lavoro:
i risultati pongono nuovi e rigorosi vincoli su come e quando il carbonio sia stato prodotto dalle stelle della nostra galassia, finendo nella materia da cui il Sole e il suo sistema planetario si sono formati 4,6 miliardi di anni fa.
L’origine del carbonio, elemento essenziale per la vita sulla Terra, nella Via Lattea è un tema ancora dibattuto tra gli astrofisici: ci sono alcuni che sostengono l’ipotesi secondo cui sia stato principalmente rilasciato da stelle di piccola massa diventate nane bianche alla fine della loro vita, altri invece pensano che sia stato principalmente generato da stelle grandi esplose come supernovae alla fine della loro vita.
Utilizzando i dati dell’Osservatorio di Keck vicino alla cima del vulcano Mauna Kea alle Hawaii, raccolti tra agosto e settembre 2018, i ricercatori hanno analizzato le nane bianche appartenenti ad ammassi aperti della Via Lattea, ossia gruppi di stelle nate insieme da una nube molecolare gigante e legate fisicamente dalla mutua attrazione gravitazionale.
Da questa analisi, il team di ricerca ha misurato le masse delle nane bianche e, usando la teoria dell’evoluzione stellare, ha anche calcolato le loro masse alla nascita.
La connessione tra le masse di nascita e le masse delle nane bianche finali è chiamata relazione di massa iniziale-finale, una diagnostica fondamentale in astrofisica che contiene informazioni sull’intero ciclo di vita delle stelle.
Ricerche precedenti hanno sempre trovato una relazione lineare crescente: più la stella alla nascita è massiccia, più la nana bianca è rimasto grande alla sua morte.
Ma quando Cummings e i suoi colleghi hanno calcolato la relazione di massa iniziale-finale, sono rimasti scioccati nello scoprire che le nane bianche di questo gruppo di ammassi aperti avevano masse più grandi di quanto gli astrofisici credessero in precedenza.
Questa scoperta ha mostrato che la tendenza lineare, che altri studi hanno sempre trovato, non è una regola rigida.
In altre parole, le stelle nate all’incirca 1 miliardo di anni fa nella Via Lattea non hanno prodotto nane bianche di circa 0,60-0,65 masse solari, come si pensava comunemente, ma sono morte lasciando dietro di sé resti più massicci di circa 0,7 – 0,75 masse solari.
I ricercatori affermano che questo spiegherebbe come il carbonio delle stelle a bassa massa si sia fatto strada nella Via Lattea. Nelle ultime fasi della loro vita, le stelle sono due volte più grandi del Sole e producono nuovi atomi di carbonio al loro interno, li trasportano in superficie e infine li diffondono nell’ambiente interstellare circostante attraverso delicati venti stellari.
I modelli stellari del team di ricerca indicano che lo stripping del mantello esterno ricco di carbonio si è verificato abbastanza lentamente da consentire ai nuclei centrali di queste stelle, le future nane bianche, di crescere considerevolmente in massa.
Il team ha calcolato che le stelle devono essere almeno 1,5 masse solari per diffondere le loro ceneri ricche di carbonio dopo la morte.
Comprendendo che viene emesso carbonio da una certa tipologia di nane bianche si comprende anche meglio la natura della luce che ci arriva dall’Universo lontano.
Combinando le teorie della cosmologia e l’evoluzione stellare, i ricercatori si aspettano che le stelle luminose ricche di carbonio vicine alla loro morte, come i progenitori delle nane bianche analizzate in questo studio, stiano attualmente contribuendo alla luce emessa da galassie molto distanti.
Questa luce, che porta la firma del carbonio appena prodotto, viene regolarmente raccolta dai grandi telescopi dallo spazio e dalla Terra per sondare l’evoluzione delle strutture cosmiche. Pertanto, questa nuova comprensione di come il carbonio viene sintetizzato nelle stelle significa anche avere un interpretazione più affidabile della luce dall’universo lontano.
