L’acqua proviene dalle stelle? Un articolo sostiene che le prime stelle sono responsabili dell’esistenza dell’acqua

Nella ricerca della vita al di fuori della Terra, uno degli elementi fondamentali è l’acqua, che costituisce addirittura uno dei filtri per considerare i pianeti nelle zone abitabili. Le zone abitabili sarebbero quelle in cui è possibile la presenza di acqua allo stato liquido.

La molecola d’acqua è composta da due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno ed è possibile trovarla in diversi stati: liquido, gassoso e solido.

Osservazioni astronomiche passate hanno già confermato l’esistenza dell’acqua nell’universo, principalmente sotto forma di vapore e ghiaccio. All’interno del sistema solare, l’acqua solida è stata trovata sulle lune Europa ed Encelado.

Alcuni astronomi ritengono che sotto uno strato di ghiaccio su Europa possa esserci acqua liquida. Ciò dimostra che le molecole d’acqua sono comuni nell’universo e nel processo di formazione dei pianeti. Ma la domanda fondamentale è: da dove proviene l’acqua?

Diversi ricercatori stanno cercando di rispondere a questa domanda studiando le nebulose che formano pianeti. Un nuovo studio suggerisce che l’acqua potrebbe aver avuto origine dalle prime stelle dell’universo e dalle supernovae alla fine del loro ciclo vitale. L’ossigeno e l’idrogeno espulsi durante queste esplosioni potrebbero essersi combinati, in condizioni specifiche, per formare molecole d’acqua.

Prime stelle

Le prime stelle sono note come stelle di Popolazione III e si sono formate alcune centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang. Nell’universo primordiale, gli unici elementi disponibili erano l’idrogeno e l’elio, che formarono queste stelle.

A causa della mancanza di elementi pesanti, le prime stelle erano grandi e calde e vissero solo per poco tempo prima di trasformarsi in supernovae.

Ad oggi non ci sono prove osservative dell’esistenza di stelle di Popolazione III, ma uno degli obiettivi principali degli astronomi è proprio quello di trovarle.

Durante i primi milioni di anni dell’universo, le stelle di questa popolazione erano l’unica luce nell’universo. Fino ad allora, a causa della nucleosintesi primordiale avvenuta nei primi istanti del Big Bang, erano presenti solo idrogeno ed elio. Queste stelle hanno svolto un ruolo importante nella chimica dell’universo poiché durante la loro vita hanno formato altri elementi più pesanti attraverso il processo di fusione.

Come formano gli altri elementi le stelle?

Nelle prime fasi della vita di una stella, questa converte l’idrogeno in elio attraverso il processo di fusione, rilasciando energia sufficiente a mantenere l’equilibrio idrostatico e la sua luminosità. La fusione stessa avviene perché la gravità esercita una pressione sufficiente a riscaldare e innescare questo processo.

Durante la loro vita continuano a effettuare fusioni nucleari nei loro nuclei. Questo processo continua a creare elementi più pesanti come carbonio, ossigeno e ferro, a seconda della massa della stella. Una volta giunte alla fine del loro ciclo vitale, le stelle massicce diventano supernovae e disperdono elementi nello spazio interstellare.

Ciò rende disponibili gli elementi per formare altre stelle e persino pianeti e altri oggetti contenenti elementi diversi dall’idrogeno e dall’elio.

Ciclo CNO

All’interno delle stelle avvengono reazioni nucleari diverse, a seconda della loro massa e degli elementi coinvolti. Uno di questi cicli è chiamato ciclo carbonio-azoto-ossigeno o ciclo CNO. In questo processo, carbonio, azoto e ossigeno facilitano la fusione nucleare nelle stelle più calde e massicce.

Un altro ciclo possibile è il ciclo protone-protone, presente nelle stelle più piccole. Il carbonio formatosi durante i processi di fusione o presente nell’atmosfera viene convertito in altri isotopi, come l’azoto-14 e l’ossigeno-15. Si verifica poi una sorta di riciclo in cui il carbonio viene restituito. Ciò dimostra come nel processo di fusione siano presenti ossigeno, carbonio e azoto, oltre a elio e idrogeno. Al termine del loro ciclo vitale, questi elementi si disperdono nel mezzo interstellare.

Stelle responsabili dell’acqua?

In un nuovo articolo, un gruppo di astronomi ha studiato queste supernovae, che vanno da stelle minuscole a stelle con una massa centinaia di volte quella del Sole. Queste stelle erano composte solo da idrogeno ed elio o da una quantità estremamente bassa di metallo. Sono state eseguite diverse simulazioni in cui si sono verificate supernovae tradizionali e supernovae a instabilità di coppia.

Analizzando i risultati delle simulazioni post-supernova, il gruppo ha scoperto che le stelle arricchiscono l’ambiente interstellare di molecole d’acqua. Le nubi molecolari formatesi dal materiale disperso dalle stelle contenevano da 10 a 30 volte più acqua rispetto alle nubi osservate oggi. Lo studio indica che parte dell’acqua che vediamo oggi potrebbe provenire dalle prime stelle dell’universo.

Citazione dello studio:

Whalen et al. 2025 Abundant Water from Early Supernovae at Cosmic Dawn arXiv