Scoperta della stella con più povertà metallica conosciuta

AUTORE: Avi Loeb – 6 Aprile 2026 – Vai all’articolo originale LINK

Logaritmo (base 10) delle abbondanze di carbonio (asse verticale) e ferro (asse orizzontale) relative ai loro valori solari (calibrati dall’idrogeno). La stella più povera di metalli conosciuta, SDSS J0715−7334, è mostrata come una grande stella rossa. È carente sia di carbonio che di ferro. (Credito immagine: A.P. Ji et al. 2026)

La prima generazione di stelle si formò da gas primordiali di idrogeno ed elio, il gas primordiale rimasto dal Big Bang; per dettagli, vedere i miei libri di testo intitolati “Come si sono formate le prime stelle e galassie?” qui e “Le prime galassie nell’universo” qui. La fusione nucleare negli interni di queste stelle ha creato elementi più pesanti, arrivando fino al nucleo più stabile in natura, il ferro. Poiché la vita come la conosciamo si basa su carbonio e ossigeno, le nostre radici cosmiche derivano dalle reazioni di fusione nucleare nei nuclei caldi di queste prime stelle.

La combustione nucleare ha infine convertito il carburante iniziale delle prime stelle massicce in elementi pesanti, con l’elemento più stabile, il ferro, al centro, circondato da “scaglie di cipolla” di elementi progressivamente più leggeri negli strati esterni. L’involucro di elementi pesanti è stato espulso nello spazio interstellare attraverso esplosioni di supernova una volta che il combustibile nucleare era stato consumato e il nucleo era collassato alla scala di una città — espellendo l’involucro esterno attraverso il rilascio della sua energia gravitazionale acquisita.

In un articolo su Nature (accessibile qui) che ho co-autore nel 2003 con il mio ex postdoc, Volker Bromm, abbiamo spiegato che le prime stelle nell’Universo avrebbero dovuto essere molto più massicce del Sole. Il raffreddamento inefficiente del gas primordiale attraverso l’idrogeno molecolare ha portato alla frammentazione in ammassi, ognuno con almeno alcune centinaia di masse solari. Ma non appena il gas primordiale fu arricchito con elementi pesanti dalle esplosioni di supernova a una abbondanza di carbonio o ossigeno così piccola come ~0,01% di quella trovata nel Sole, il raffreddamento da parte degli atomi di carbonio o ossigeno potrebbe aver portato alla formazione di stelle a bassa massa permettendo la frammentazione in piccoli grumi.

Le prime stelle supermassicce di poche centinaia di masse solari ebbero una vita breve, durando solo pochi milioni di anni e lasciando dietro di sé buchi neri. Ma le stelle con una massa comparabile a quella del Sole potrebbero essere ancora presenti oggi.

Il raffreddamento atomico da parte del carbonio e dell’ossigeno spiega naturalmente la popolazione conosciuta di stelle di massa solare nell’alone della galassia della Via Lattea con abbondanze di ferro estremamente basse ma con un’abbondanza modesta di carbonio. Tali stelle sono carenti di ferro e possono quindi essere considerate “anemiche”. Ma il loro sostanziale contenuto di carbonio spiega come il raffreddamento atomico abbia portato alla loro formazione.

Come si è formato il loro insolito schema di abbondanza? Le stelle arricchite di carbonio e carenti di ferro potrebbero essere state arricchite da un’esplosione di supernova che ha espulso gli strati esterni di una stella morente, inclusi il carbonio, mentre drenava la maggior parte del ferro nel suo nucleo in un buco nero.

Questa settimana, un nuovo articolo su Nature (accessibile qui) ha riportato la scoperta della stella più povera di metalli conosciuta, SDSS J0715−7334. Questa stella gigante rossa e fredda con una temperatura superficiale di 4.700 gradi Kelvin, mostra un’abbondanza di ferro che è 10^{−4.3} del valore solare e un’abbondanza di carbonio che è 10^{−4.5} del valore solare. È carente sia di ferro che di carbonio.

Nel complesso, gli elementi pesanti costituiscono una frazione minuscola, 7,8 × 10^{−7}, della massa totale della stella, richiedendo un canale di formazione mediato dal raffreddamento delle particelle di polvere, poiché il raffreddamento atomico non è sufficientemente efficace. Il modello di abbondanza degli elementi pesanti della stella può essere spiegato da un’esplosione di supernova primordiale di una stella progenitrice con una massa iniziale di 30 masse solari. L’orbita della stella implica che provenga dall’alone della Grande Nube di Magellano.

L’orbita della stella povera di metalli SDSS J0715−7334 negli ultimi 4 miliardi di anni in coordinate galattocentriche nel cielo, inclusa l’influenza gravitazionale della Grande Nube di Magellano (LMC). (Credito immagine: A.P. Ji et al. 2026)

La stella SDSS J0715−7334 è molto più chimicamente pura rispetto alle galassie più antiche scoperte finora dal telescopio Webb, con la galassia detentrice del record — riportata qui — trovata quando l’Universo aveva 280 milioni di anni — appena il 2% della sua età attuale. Quando ho iniziato questo campo di ricerca all’inizio degli anni ’90, le galassie più antiche conosciute avevano qualche miliardo di anni. Il telescopio Webb ha spostato l’orizzonte temporale delle galassie conosciute di un fattore dieci più vicino al Big Bang.

Il mio lavoro teorico degli ultimi tre decenni prevede che le prime stelle si siano formate circa 70 milioni di anni dopo il Big Bang, quindi c’è ancora spazio per scoperte con telescopi spaziali più ambiziosi. I loro futuri dati sperabilmente getteranno nuova luce sulla versione scientifica della storia della genesi: “Che ci sia luce“.