La prima osservazione dell'interno di una stella apre una finestra senza precedenti sulla nascita della materia.

"L'azoto nel nostro DNA, il calcio nei nostri denti, il ferro nel nostro sangue e il carbonio nelle nostre torte di mele sono stati tutti creati all'interno di stelle in collasso. Siamo fatti di materia stellare", proclamò l'astrofisico americano Carl Sagan nel suo famoso libro Cosmos quasi mezzo secolo fa. Un team di scienziati è ora riuscito a scrutare per la prima volta queste viscere stellari, la fucina caotica dove si formano gli elementi chimici che compongono gli esseri umani e tutto ciò che li circonda. "Sono rimasto abbagliato", ricorda l'astrofisico tedesco Steve Schulze , che ha guidato la ricerca.

Per comprendere l'importanza di questa scoperta, dobbiamo tornare al Big Bang, che diede origine all'universo 13,8 miliardi di anni fa. Nei primi tre minuti dopo il Big Bang , si formarono quasi tutti gli atomi leggeri dell'universo, in particolare l'onnipresente idrogeno, i cui accumuli formano le stelle. All'interno delle stelle, la temperatura e la pressione sono così elevate che l'idrogeno si fonde e forma elementi sempre più pesanti, a partire dall'elio. La combinazione di silicio e zolfo, ad esempio, produce il ferro, l'atomo più pesante che può essere generato all'interno di una stella.

Il risultato è una sorta di " cipolla cosmica ", termine comunemente usato dagli astronomi. "Questo processo trasforma la stella in una struttura a strati: idrogeno all'esterno, poi elio, poi strati di carbonio/ossigeno, magnesio/neon/ossigeno, ossigeno/silicio/zolfo e infine ferro al centro. Pertanto, lo strato ricco di silicio e zolfo è sepolto sotto molti altri materiali ed è inaccessibile in circostanze normali, rendendo quasi impossibile l'osservazione diretta", osserva Schulze della Northwestern University di Evanston, in Texas.

Un telescopio situato sulla sommità di un vulcano hawaiano ha registrato lo spettro di luce emesso da una supernova, l'esplosione di una stella, nel settembre 2021. L'esplosione, a 2,2 miliardi di anni luce di distanza e denominata SN 2021yfj, non era l'ennesima supernova. Il dispositivo ha catturato il fenomeno in un momento straordinario, proprio mentre la stella si stava spogliando dei suoi strati esterni, consentendo di intravedere il suo interno. "All'inizio non sapevamo di aver scoperto una stella ridotta all'osso. Sono rimasto sbalordito quando il professor Avishay Gal-Yam del Weizmann Institute of Science [in Israele] ha concluso che avevamo osservato silicio, zolfo e argon", ricorda Schulze. La sua scoperta è stata pubblicata questo mercoledì sulla copertina della rivista Nature , una delle principali pubblicazioni scientifiche internazionali.

Schulze, nato 45 anni fa a Halle, in Germania, sottolinea che ci sono "più di un miliardo di stelle" conosciute nella Via Lattea, la galassia in cui si trova la Terra, e nelle vicine Nubi di Magellano . La maggior parte di queste stelle conserva il proprio strato di idrogeno quando muore, ma una minoranza perde questo strato o persino lo strato più profondo di elio prima di esplodere in una supernova. Questo spogliamento superficiale può verificarsi a causa di forti venti stellari, eruzioni o interazioni con un'altra stella, ma uno spogliamento stellare praticamente completo non è mai stato rilevato.

"Non si conosce nessuna stella nella Via Lattea o nelle Nubi di Magellano che sia stata ridotta fino allo strato di ossigeno/silicio. La scoperta della supernova SN 2021yfj indica che esistono processi di separazione rari e molto estremi", sostiene Schulze, che ha lavorato presso l'Istituto di Astrofisica della Pontificia Università Cattolica del Cile fino a un decennio fa. La fusione di elementi chimici più pesanti del carbonio avviene solo nelle stelle che hanno una massa almeno otto volte quella del Sole e sono chiamate massicce . "Questa è la prima volta che osserviamo gli strati interni di una stella massiccia, il che è importante per testare e migliorare i nostri modelli di evoluzione stellare. Inoltre, questa scoperta ci fornisce informazioni sulla formazione di silicio e zolfo nelle stelle massicce", aggiunge Schulze.

La spiegazione dell'astrofisico tedesco riecheggia un altro pensiero simile di Carl Sagan, questa volta tratto dalla sua serie televisiva Cosmos : "Il silicio nelle rocce, l'ossigeno nell'aria, il carbonio nel nostro DNA, l'oro nelle nostre banche, l'uranio nei nostri arsenali... Sono stati tutti creati a migliaia di anni luce di distanza, miliardi di anni fa. Il nostro pianeta, la nostra società e noi stessi siamo fatti di polvere cosmica."

Il team del fisico José Ángel Martín Gago ha costruito una macchina da quattro milioni di euro nel suo laboratorio presso l'Istituto di Scienza dei Materiali di Madrid (CSIC). Martín Gago e il suo collega Gonzalo Santoro , dell'Istituto di Struttura della Materia, celebrano la nuova scoperta in una valutazione congiunta inviata a questo giornale. "Questa osservazione conferma la struttura a strati delle supernovae, che è il modello che è stato utilizzato per descriverle, sebbene fino ad ora non fosse chiaro se fosse valido. Confermare questo modello è molto importante per descrivere l'evoluzione stellare", hanno applaudito.

Supernovae e stelle giganti rosse sono oggetti essenziali nella formazione della polvere cosmica, sottolineano i due ricercatori spagnoli. "Questo studio fornisce informazioni fondamentali per comprendere come si formano ed evolvono le specie chimiche nell'universo. A livello di astrochimica di laboratorio, questo lavoro apre nuove strade, poiché fornisce valori empirici per le abbondanze di silicio e zolfo che potrebbero essere utilizzati per ricreare in laboratorio le condizioni per la formazione e l'evoluzione di molecole ricche di questi elementi", spiegano. "Questo approccio consentirà progressi nella modellizzazione delle reazioni chimiche e una comprensione più approfondita dei processi di formazione della polvere cosmica nello spazio", aggiungono. La scoperta della stella nuda offre una finestra senza precedenti sulla creazione della sostanza stellare di cui sono composti gli esseri umani e tutto il resto.