La maggior parte delle stelle nella Via Lattea non sono più massicce o più leggere del Sole e vivono per almeno qualche miliardo di anni. Le stelle di poche decine di masse solari sono molto più rare. Conosciamo alcuni casi in cui sembrano superare di poco le 200 masse solari, ma la teoria della composizione stellare ci dice che le stelle sopra le 150 masse solari diventano molto instabili.

Tuttavia, all’inizio della storia dell’universo visibile, quando la sintesi nucleare di elementi più pesanti del litio era appena iniziata nelle prime stelle poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang, esisteva la presenza di stelle massicce superiori a mille masse solari. Sono resi possibili proprio perché quegli elementi che gli astrofisici chiamano per convenzione minerali – anche se carbonio, ossigeno e azoto non sono metalli per gli alchimisti – modificano il modo in cui la luce prodotta dalla fusione delle reazioni termonucleari interagisce con la materia stellare, spostando l’equilibrio tra l’equilibrio gravitazionale forze che comprimono una stella e la pressione di radiazione che contrasta la contrazione gravitazionale.

Nicolas Prantzos, CNRS, Istituto astrofisico di Parigi, ci racconta la struttura nucleare degli elementi in due video. © Società francese di biologia esterna

Stelle massicce prodotte da molteplici fusioni?

Gli astrofisici hanno considerato l’esistenza di stelle massicce nel contesto di diversi scenari e in particolare per spiegare strane anomalie osservate nella composizione chimica delle stelle negli ammassi globulari. Ora, appunto, un team internazionale composto da ricercatori delle Università di Ginevra (Unige) e Barcellona, ​​oltre che dell’Istituto di astrofisica di Parigi (CNRS e Sorbona) ha appena annunciato attraverso Articolo pubblicato in Astronomia e astrofisicaE Ma possono essere trovati gratuitamente su arXiv, che pensava di aver trovato la traccia chimica di queste stelle. Queste tracce supportano l’esistenza di stelle con masse solari da 5.000 a 10.000 in ammassi globulari di protoni, sorti circa 440 milioni di anni dopo il Big Bang.

Per ottenere questo risultato, i ricercatori hanno impacchettato il telescopio James Webb osservando una galassia compatta la più lontana mai rilevata dal telescopio Hubble: GN-z11.

Per capire cosa sta succedendo con il lavoro ora pubblicato, ricordiamo che gli ammassi globulari sono gruppi di stelle che sono tra i più antichi conosciuti. Non sono prodotti recenti di vivai stellari come gli ammassi aperti osservati nei bracci a spirale della Via Lattea, per esempio. Ma proprio come gli ammassi aperti, le stelle che compongono gli ammassi globulari devono essere nate nello stesso periodo o più o meno nello stesso periodo, più di 10 miliardi di anni fa.

Quindi gli ammassi globulari dovrebbero essere abbastanza chimicamente omogenei e con livelli metallici, bassa metallicità, come dicono gli astrofisici nella loro terminologia. Tuttavia, in questi ammassi globulari a volte troviamo deviazioni significative da queste previsioni.

La teoria proposta per spiegare queste anomalie si basa sul fatto che gli ammassi globulari sono particolarmente compatti, e si possono trovare fino a un milione di stelle in una sfera larga al massimo cento anni luce. I calcoli mostrano poi che può verificarsi una sorta di reazione a catena, che alla fine provoca la collisione di un gran numero di stelle e finisce, attraverso una sorta di effetto valanga, di stelle massicce che possono quindi avere tra le 5.000 e le 10.000 masse.

Video corso di AstrobioEducation. © Società francese di biologia esterna

Strana e massiccia struttura del nucleo di azoto

Sappiamo come modellare queste stelle e le reazioni termonucleari che le fanno brillare per un massimo di due milioni di anni prima che esplodano in una supernova, rimandando elementi di nuova formazione nel mezzo interstellare.

I calcoli mostrano quindi che queste stelle, i cui nuclei sono cinque volte più caldi del nostro Sole (75 milioni di gradi Celsius), produrranno quantità molto specifiche di elementi pesanti e soprattutto molti nuclei di azoto. Quindi alcune di queste stelle nate negli ammassi possono in qualche modo “contaminare” altre stelle dopo essere esplose, presentando anomalie nell’abbondanza di ossigeno, azoto, sodio o persino alluminio che in realtà differiscono da una stella all’altra negli ammassi.

Tuttavia, come indicato in un comunicato di Unige Corinne CharbonnelProfessore Emerito presso il Dipartimento di Astronomia del Collegio delle Scienze dell’Università, e prima autrice dello studio insieme al collega Nicola Brentzos dall’IPA” Oggi, grazie ai dati raccolti dal James Webb Space Telescope, crediamo di aver trovato la prima prova dell’esistenza di queste insolite stelle “.

Ora torniamo alle osservazioni del James Webb Telescope della galassia infrarossa GN-z11 osservata com’era 13,3 miliardi di anni fa. Il suo nucleo è particolarmente compatto e tutto fa pensare che sia circondato da ammassi globulari. I ricercatori ritengono di essere già stati esposti all'”inquinamento” delle stelle massicce che hanno iniziato a modellare nel 2018.

Infatti, è ancora nel comunicato stampa di Unige,” È stato dimostrato che questa galassia contiene proporzioni molto elevate di azoto e un’altissima densità di stelle Lo afferma Daniel Scherer, coautore dello studio e assistant professor presso il Dipartimento di Astronomia, Facoltà di Scienze, Università Unige. ” Infatti, la forte presenza di azoto può essere spiegata solo con la combustione dell’idrogeno a temperature estremamente elevate, che solo i nuclei delle stelle massicce possono raggiungere, come mostrano i modelli di Laura Ramirez-Galeano, una studentessa magistrale del nostro team. aggiunge Corinne Charbonnell.