Le prime stelle non erano sole: la scoperta di un’intelligenza artificiale

Nello svelare la natura delle prime stelle, il principale indizio astronomico è la composizione elementare della seconda generazione di stelle, che sono estremamente povere di metalli, nella Via Lattea.

Un team di scienziati, utilizzando l’intelligenza artificiale e la “state-of-the-art supernova nucleosynthesis”, è riuscito a scoprire che la maggior parte delle stelle di seconda generazione che possiamo osservare sono state arricchite da più supernove.

Questo, in poche parole, significa che la maggior parte delle stelle sono multi-arricchite e fa pensare che le prime stelle siano nate in piccoli ammassi. È molto probabile che le stelle di minore metallicità si siano arricchite da una singola supernova; molte di queste, infatti, presentano livelli di carbonio molto elevati.

Un nuovo metodo per capire l’origine delle prime stelle

Il nuovo metodo potrebbe gettare nuova luce sulla risoluzione del mistero delle prime stelle. La ricerca di astrofisica nucleare, infatti, ha dimostrato che gli elementi più pesanti del carbonio presenti nell’universo sono prodotti dalle stelle.

Le prime stelle nate in seguito alla grande esplosione che ha dato origine all’Universo e che noi chiamiamo Big Bang, non contenevano elementi pesanti (metalli). È dalla successiva generazione di stelle che si è potuto osservare per la prima volta la presenza di questi elementi, seppur in piccola parte.

La comprensione delle fasi iniziali dell’Universo, quindi, passa soprattutto dallo studio delle stelle povere di metalli. Queste, per fortuna, sono state osservate nella nostra galassia e così un team di ricercatori, affiliati del Kavli IPMU (Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe), ha potuto studiarle e capire gli elementi delle prime stelle dell’universo.

Come è stato possibile studiare le prime stelle?

I ricercatori sono riusciti ad analizzare l’abbondanza elementare in oltre 450 stelle molto povere di metalli grazie all’aiuto dell’intelligenza artificiale: un algoritmo di apprendimento automatico di ultima generazione, addestrato su modelli teorici di nucleosintesi di supernova.

Il team ha scoperto che il 68% delle stelle povere di metalli osservate, possiede un’impronta chimica che denota un arricchimento di più supernove precedenti. Questi dati sono estremamente importanti perché ci forniscono il primo vincolo quantitativo basato sulle osservazioni sulla molteplicità delle prime stelle

“Finora la molteplicità delle prime stelle è stata prevista solo da simulazioni numeriche e fino ad ora non c’era modo di esaminare osservativamente la previsione teorica. Il nostro risultato suggerisce che la maggior parte delle prime stelle si sono formate in piccoli ammassi in modo che molte delle loro supernove possano contribuire all’arricchimento di metallo del primo mezzo interstellare”.

Professor Tilman Hartwig, autore principale dello studio.

Uno studio che getta nuove basi per il futuro nello spazio

Questo nuovo algoritmo apre le porte per un nuovo futuro nello spazio. Grazie allo studio, infatti, si potrebbe capire come sfruttare al meglio le diverse impronte chimiche nelle stelle povere di metalli scoperte dal Prime Focus Spectograph.

“Il nostro nuovo algoritmo fornisce uno strumento eccellente per interpretare i big data che avremo nel prossimo decennio dai sondaggi astronomici in corso e futuri in tutto il mondo. La teoria delle prime stelle ci dice che queste dovrebbero essere più massicce del Sole. L’aspettativa naturale era che la prima stella fosse nata in una nube di gas contenente una massa milioni di volte superiore a quella del Sole. Tuttavia, la nostra nuova scoperta suggerisce fortemente che le prime stelle non sono nate da sole, ma si sono invece formate come parte di un ammasso stellare o di un sistema stellare binario o multiplo. Ciò significa anche che possiamo aspettarci onde gravitazionali dalle prime stelle binarie subito dopo il Big Bang, che potrebbero essere rilevate nelle future missioni nello spazio o sulla Luna.”

Professor Chiaki Kobayashi, Leverhulme Research Fellow

Comunque non dobbiamo cullarci sugli allori, perché quanto scoperto finora è soltanto la minima parte. Questo deve essere soltanto un punto di inizio, o di svolta, per scoprire l’infinità di misteri dell’Universo.

“Al momento, i dati disponibili di vecchie stelle sono la punta dell’iceberg all’interno del quartiere solare. Il Prime Focus Spectrograph, uno spettrografo multi-oggetto all’avanguardia sul telescopio Subaru sviluppato dalla collaborazione internazionale guidata da Kavli IPMU, è il miglior strumento per scoprire antiche stelle nelle regioni esterne della Via Lattea, ben oltre il quartiere solare.”

Professor Miho Ishigaki, Visiting Senior Scientist (University of Hertfordshire)