Non tutti gli angoli dell’Universo sono favorevoli alla chimica molecolare. Attorno alle stelle più calde e massicce, l’intensa radiazione ultravioletta tende infatti a distruggere le molecole, rendendo questi ambienti tra i meno adatti alla loro formazione e sopravvivenza. Eppure è proprio in uno di questi scenari estremi che gli astronomi hanno individuato, per la prima volta, molecole contenenti zolfo. Grazie alle osservazioni del radiotelescopio ALMA, un gruppo internazionale di ricercatori ha rilevato la presenza di monossido di zolfo e biossido di zolfo attorno alla supergigante HD 87643. Si tratta della prima evidenza di molecole contenenti zolfo osservate in una stella massiccia evoluta di tipo caldo, un risultato che mostra come la chimica di questi sistemi possa essere molto più ricca e complessa di quanto ritenuto finora.
HD 87643, una supergigante B[e] in un ambiente estremo
La stella 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. Questi oggetti sono caratterizzati da condizioni fisiche estreme: forti campi radiativi, intensa emissione ultravioletta e ambienti circumstellari generalmente considerati ostili alla formazione e alla sopravvivenza delle molecole. Proprio per queste caratteristiche, la rilevazione di ossidi di zolfo attorno a HD 87643 rappresenta un risultato particolarmente rilevante. La presenza di SO e SO₂ indica che anche in regioni sottoposte a radiazione intensa possono esistere nicchie chimiche in grado di ospitare molecole complesse. La scoperta suggerisce quindi che la chimica delle supergiganti B[e] debba essere ripensata alla luce di processi più articolati rispetto a quelli descritti dai modelli standard.
ALMA rivela monossido di zolfo e biossido di zolfo
Le osservazioni effettuate con le antenne cilene di ALMA, l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, hanno permesso di individuare per la prima volta il monossido di zolfo e il biossido di zolfo nell’ambiente circumstellare di HD 87643. È una scoperta che apre una nuova finestra sulla chimica delle stelle massicce evolute e fornisce nuovi indizi sui processi che avvengono nelle fasi finali della loro vita. Il risultato nasce da uno studio guidato da Cristóbal Bordiu dell’Istituto Nazionale di Astrofisica, in collaborazione con l’Ingeniería de Sistemas para la Defensa de España, il Centro de Astrobiología e il Joint ALMA Observatory in Cile. Il lavoro è stato accettato per la pubblicazione su The Astrophysical Journal Letters.
Una nuova finestra sulla chimica delle supergiganti B[e]
La scoperta di molecole contenenti zolfo attorno a HD 87643 offre nuovi elementi per comprendere i processi chimici che si sviluppano nelle ultime fasi dell’evoluzione delle stelle massicce. Queste stelle svolgono un ruolo fondamentale nell’arricchimento chimico dell’Universo, producendo e disperdendo elementi e molecole nello spazio prima della loro esplosione finale. La presenza di ossidi di zolfo in una supergigante B[e] dimostra che, anche in condizioni estreme, può svilupparsi una chimica molecolare complessa. Questo risultato impone nuovi vincoli ai modelli che descrivono gli ambienti stellari ad alta energia e contribuisce a delineare un quadro più completo dell’evoluzione chimica del cosmo.
Un sistema binario immerso in gas e polveri
HD 87643 non è una stella isolata, ma un sistema complesso. La sua struttura comprende una componente binaria, un disco di materiale attorno alla stella principale e una nube più ampia di gas e polveri che avvolge l’intero sistema. È in questa nube, secondo i ricercatori, che potrebbero trovarsi le molecole osservate da ALMA. “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”. La presenza della seconda stella potrebbe infatti avere un ruolo significativo nel modellare l’ambiente circumstellare e nel favorire, modificare o distruggere determinate specie molecolari. Per questo motivo, la binarietà di HD 87643 rappresenta uno degli aspetti centrali da approfondire nelle future osservazioni.
Un gas molecolare giovane e in rapida evoluzione
Le analisi chimiche condotte dal team indicano che il gas molecolare osservato attorno a HD 87643 ha un’età caratteristica di circa 10.000 anni. Su scala astrofisica si tratta di un intervallo estremamente breve, che suggerisce la presenza di un ambiente giovane, dinamico e in rapida trasformazione. Questa caratteristica potrebbe essere legata a episodi ripetuti di perdita di massa dal sistema binario centrale. Il materiale espulso dalla stella, o dal sistema stellare nel suo complesso, avrebbe contribuito a formare la nube di gas e polveri in cui oggi sono state rilevate le molecole contenenti zolfo. La scoperta fornisce così un’indicazione preziosa sui meccanismi attraverso cui le stelle massicce evolute arricchiscono lo spazio circostante prima della loro fase finale.
Modelli chimici standard insufficienti a spiegare le osservazioni
Per interpretare i dati raccolti da ALMA, il gruppo di ricerca ha adottato un approccio multidisciplinare. Lo studio combina osservazioni radio, modellazione del trasferimento radiativo, ricostruzione della distribuzione spettrale dell’energia e simulazioni chimiche. Questo insieme di tecniche ha permesso di analizzare in modo approfondito la natura del gas molecolare e le condizioni fisiche dell’ambiente circumstellare. “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”. La discrepanza tra le abbondanze osservate e le previsioni dei modelli indica che nell’ambiente attorno a HD 87643 sono probabilmente in atto processi chimici non in equilibrio. La radiazione ultravioletta della stella potrebbe non limitarsi a distruggere le molecole, ma contribuire anche a trasformare la composizione chimica del gas in modi più complessi di quanto previsto.
Il ruolo dello zolfo nell’evoluzione chimica dell’Universo
Le stelle massicce hanno avuto un ruolo fondamentale nell’arricchimento chimico dell’Universo primordiale. Attraverso i processi nucleari interni, la perdita di massa e le esplosioni finali, questi oggetti contribuiscono a diffondere nello spazio elementi pesanti e molecole che diventano parte del materiale da cui si formeranno nuove stelle, pianeti e sistemi complessi. Comprendere come si formano e si trasformano le molecole contenenti zolfo nelle regioni circumstellari delle stelle massicce è quindi essenziale per ricostruire l’evoluzione chimica del cosmo. La rilevazione di monossido di zolfo e biossido di zolfo in un ambiente tanto estremo aggiunge un nuovo tassello alla comprensione dei processi che collegano la vita delle stelle alla composizione chimica dello spazio interstellare.
Una scoperta che amplia lo studio delle stelle massicce evolute
La scoperta degli ossidi di zolfo attorno a HD 87643 si inserisce in un più ampio programma dedicato alla chimica molecolare nelle stelle massicce ed evolute. Il progetto include anche lo studio di variabili luminose blu e stelle di Wolf-Rayet, con l’obiettivo di comprendere le differenze chimiche tra le diverse fasi evolutive attraversate dalle stelle massicce. Il risultato ottenuto con ALMA mostra che anche ambienti considerati estremamente ostili possono ospitare una chimica inattesa. La presenza di molecole contenenti zolfo in una supergigante B[e] apre nuove prospettive sulle fasi finali dell’evoluzione stellare e sulla capacità delle stelle massicce di produrre, trasformare e disperdere materiale chimicamente complesso nello spazio. HD 87643 diventa così un laboratorio naturale per studiare come la materia si organizza e si trasforma in condizioni estreme, offrendo nuovi vincoli ai modelli teorici e nuove domande sui meccanismi che regolano la chimica degli ambienti stellari ad alta energia.
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