Scoperti ossidi di zolfo attorno a una stella supergigante: l’INAF guida la ricerca internazionale

ROMA\ aise\ - Non tutti gli angoli dell'Universo sono favorevoli alla chimica. Attorno alle stelle più calde e massicce, l'intensa radiazione ultravioletta tende infatti a distruggere le molecole. Eppure è proprio in uno di questi ambienti estremi che un team internazionale di astronomi, guidato da Cristóbal Bordiu dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), in collaborazione con l’Ingeniería de Sistemas para la Defensa de España (ISDEFE), il Centro de Astrobiología (INTA-CSIC, Spagna) e il Joint ALMA Observatory (Cile), ha individuato per la prima volta delle molecole contenenti zolfo.
Un ambiente che gli astronomi consideravano tra i meno favorevoli alla sopravvivenza delle molecole si rivela invece molto più ricco e complesso del previsto. La scoperta è avvenuta grazie alle osservazioni del radiotelescopio ALMA, che ha permesso al gruppo internazionale di ricercatori di individuare per la prima volta il monossido di zolfo e il biossido di zolfo attorno alla supergigante HD 87643. È la prima evidenza di molecole contenenti zolfo osservate in una stella massiccia evoluta di tipo caldo.
Il lavoro è stato accettato per la pubblicazione su The Astrophysical Journal Letters.
HD 87643 appartiene alla rara classe delle supergiganti di tipo B[e]: stelle massicce, molto calde e giunte a una fase avanzata della loro evoluzione. La loro intensa radiazione ultravioletta e i forti campi radiativi che caratterizzano gli ambienti circumstellari rendono tali regioni generalmente ostili alla formazione e alla sopravvivenza delle molecole. Le osservazioni di ALMA hanno invece rivelato la presenza del monossido di zolfo e del biossido di zolfo. Questa scoperta suggerisce che la chimica di questi sistemi sia più ricca di quanto si ritenesse finora.
La scoperta apre una nuova finestra sulla chimica delle supergiganti di tipo B[e] e offre nuovi indizi sui processi chimici che avvengono nelle ultime fasi dell’evoluzione delle stelle massicce, contribuendo a comprendere come elementi e molecole vengano prodotti e dispersi nello spazio prima dell'esplosione finale di queste stelle.
“HD 87643 è un sistema particolarmente interessante perché combina una struttura binaria complessa con condizioni fisiche estreme - spiega Bordiu, primo autore dello studio -. Si tratta di un sistema binario in cui la stella principale è circondata da un disco di materiale e l’intero sistema è immerso in una più ampia nube di gas e polveri. Riteniamo che le molecole osservate si trovino proprio in questa nube, ma saranno necessarie ulteriori osservazioni per determinare con precisione l’origine e per comprendere meglio come la presenza della seconda stella influenzi i processi di formazione chimica”.
Le analisi chimiche indicano che il gas molecolare osservato ha un’età caratteristica di circa 10.000 anni, un intervallo molto breve su scala astrofisica, il che suggerisce un ambiente giovane e in rapida evoluzione, probabilmente alimentato da episodi ripetuti di perdita di massa dal sistema binario centrale.
Per interpretare i dati, il team ha adottato un approccio multidisciplinare che combina osservazioni effettuate con le antenne cilene di ALMA, modellazione del trasferimento radiativo, ricostruzione della distribuzione spettrale dell’energia e simulazioni chimiche. “I risultati mostrano che i modelli chimici standard non riescono a spiegare completamente le abbondanze osservate”, aggiunge il ricercatore. “Questo suggerisce che nella regione circumstellare siano attivi processi fuori equilibrio. In particolare, la forte radiazione ultravioletta della stella potrebbe giocare un ruolo importante nel modificare la chimica del gas. La presenza di molecole contenenti zolfo indica inoltre che la chimica in questi ambienti può essere più ricca di quanto previsto dai modelli standard, anche se saranno necessarie ulteriori osservazioni per chiarire i meccanismi di formazione e distruzione delle specie osservate e il ruolo della binarietà”.
Le stelle massicce hanno svolto un ruolo fondamentale nell’arricchimento chimico dell’Universo primordiale. Comprendere come si formano e si trasformano le molecole contenenti zolfo nelle loro regioni circumstellari rappresenta quindi un elemento chiave per ricostruire l’evoluzione chimica del cosmo.
La rilevazione di ossidi di zolfo in una supergigante B[e] dimostra che, anche in condizioni estreme, può svilupparsi una chimica molecolare complessa e pone nuovi vincoli ai modelli che descrivono la chimica degli ambienti stellari ad alta energia. Lo studio si inserisce in un più ampio programma dedicato alla chimica molecolare nelle stelle massicce ed evolute, che include anche variabili luminose blu e stelle di Wolf-Rayet, con l’obiettivo di comprendere le differenze chimiche tra le diverse fasi evolutive. (aise)