Astrofisica: la produzione di polvere cosmica anche in ambienti estremamente poveri di metalli

Grazie alle straordinarie capacità del telescopio spaziale James Webb Space Telescope (JWST) della NASA, un team internazionale di scienziati guidato da Claudio Gavetti, dottorando presso l'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) e l'Università degli Studi Roma Tre, ha svelato i meccanismi con cui le stelle che si trovano nelle ultime fasi della loro evoluzione producono polvere cosmica in ambienti estremamente poveri di elementi chimici più pesanti di idrogeno ed elio, che in astronomia vengono indicati con il termine "metalli". Il lavoro, pubblicato oggi sulla rivista The Astrophysical Journal, fornisce nuovi vincoli osservativi per comprendere come le stelle evolute formano polvere in condizioni simili a quelle dell'Universo primordiale.

L'oggetto dello studio è la galassia nana Sextans A, un laboratorio cosmico situato ai margini del nostro Gruppo Locale, caratterizzato da un contenuto di metalli eccezionalmente basso, stimato tra l'1% e il 7% di quello del Sole. Questa peculiare composizione rende Sextans A molto simile alle galassie che popolavano l'Universo giovane e primordiale, offrendo ai ricercatori una rara opportunità di analizzare processi simili a quelli che avvenivano nell'Universo miliardi di anni fa.

«Studiare direttamente le galassie che popolavano l'Universo primordiale è ancora molto difficile», spiega Claudio Gavetti, «per questo osservare una galassia vicina come Sextans A, che presenta condizioni chimiche simili, ci offre un'opportunità preziosa per capire come si siano evolute le prime generazioni di stelle e quale ruolo abbiano avuto nel trasformare il mezzo interstellare».

Combinando le osservazioni ad altissima risoluzione degli strumenti NIRCam e MIRI a bordo di JWST con modelli teorici d'avanguardia, che accoppiano l'evoluzione della stella alla formazione della polvere nel suo vento circumstellare, gli autori dello studio sono riusciti a mappare l'intera popolazione di stelle nella fase evolutiva che prende il nome di "ramo asintotico delle giganti rosse".

«Il James Webb ci permette di osservare con un livello di dettaglio senza precedenti ambienti che fino a pochi anni fa erano fuori dalla nostra portata. Il valore di questi dati non è solo nelle immagini, ma nella possibilità di confrontarle con i modelli teorici e verificare quanto descrivano correttamente l'evoluzione delle stelle», commenta Flavia Dell'Agli, ricercatrice INAF e coautrice del lavoro.

I risultati mostrano che la stragrande maggioranza (oltre il 90%) di queste stelle giganti è quasi del tutto priva di polvere circostante. Tuttavia, il team ha individuato un sottoinsieme di 20 stelle, avvolte da spessi gusci di polvere. L'analisi ha rivelato che quasi la totalità di queste fabbriche di polvere si è formata tra 2 e 3 miliardi di anni fa a partire da astri con una massa iniziale di circa una volta e mezzo quella del Sole.

Questo lavoro compie un passo in avanti decisivo per comprendere meglio se e quanto efficacemente le stelle giganti riescano a produrre la polvere interstellare negli ambienti primordiali, dove le materie prime scarseggiavano. Un tassello fondamentale per comprendere meglio l'Universo di oggi, dal momento che la polvere interstellare agisce come catalizzatore per il raffreddamento del gas, permettendo quindi la nascita di nuove generazioni di stelle e sistemi planetari.

Link all'articolo "Dust in the Very Metal-poor Galaxy Sextans A with JWST. I. Characterizing the Evolved Stellar Population of Sextans A Based on JWST Observations and Stellar Evolution Models" di C. Gavetti, F. Dell'Agli, E. Tarantino, M. L. Boyer, I. McDonald, J. Th. van Loon, D. A. García-Hernández, M. A. T. Groenewegen, A. Nanni, J. A. D. L. Blommaert, R. D. Gehrz, L. M. Gerlach, S. Goldman, M. Marengo, K. B. W. McQuinn, J. M. Oliveira, J. Roman-Duval, R. Sahai, E. D. Skillman, B. F. Williams, A. Javadi, O. C. Jones, F. Kemper, F. La Franca e G. C. Sloan, pubblicato online sulla rivista The Astrophysical Journal.