Elisabetta Caffau

Elisabetta Caffau, astrònoma italiana, premi MERAC 2013 de la Societat Astronòmica Europea. El 2011 va descobrir una estrella dels primers temps de l’univers que, per la seva composició no podria existir, segons els models de formació d’estrelles actuals.

Carrera científica
Elisabetta Caffau neix el 15 de març de 1966 a la província de Trieste, Itàlia. Després de treballar alguns anys com a professora de secundària a Itàlia, va obtenir el doctorat en astronomia observacional a l’Observatori de París en 2009, amb un treball sobre l’abundància d’elements al Sol i a estrelles fredes. Un any més tard, va obtenir una beca Gliese per treballar 3 anys al centre d’astronomia de la universitat de Heidelberg, Alemanya.

Elisabetta Caffau. Imatge de (1)

Elisabetta Caffau. Imatge de (1)

Caffau ha desenvolupat un mètode, a través de models hidrodinàmics en 3D, per obtenir l’abundància d’elements en estrelles amb gran precisió. Ha determinat l’abundància de fòsfor en 20 estrelles del disc de la galàxia (Via Làctia) per primera vegada. Va descobrir en 2011 l’estrella més antiga de l’univers primitiu coneguda fins ara i va definir la seva composició. Ha obtingut el premi MERAC 2013 de la Societat Astronòmica Europea per el millor investigador de carrera precoç en astrofísica observacional. Actualment treballa a GEPI (inicials de Galàxies, Estrelles, Física i Instrumentació en francès) Observatoire de Paris. A continuació es presenten alguns dels seus treballs més rellevants.
(1) (2)

Abundància d’elements al Sol i en estrelles fredes
Al seu treball de tesi doctoral, Elisabetta Caffau va provar la major precisió del mètode d’atmosfera hidrodinàmica, comparant els resultats amb el model estàndard d’atmosfera hidrostàtica utilitzat fins aleshores. Els resultats de la composició en metalls de la fotosfera del Sol, estudiant els següents elements: Li, C, N, O, P, S, Eu, Hf i Th, no han introduït una diferència significativa respecte el model estàndard. Però en el cas de les estrelles fredes, pobres en metalls, les correccions introduïdes per el mètode hidrodinàmic han estat importants, particularment en el cas de l’oxigen a un sistema binari d’estrelles nanes (CS 22876-032). Amb el seu treball, Caffau ha posat a punt un nou mètode, més precís que els anteriors, per determinar l’abundància d’elements en estrelles.
(4)

L’estrella que no hauria de poder existir
El 2011, un grup d’astrònoms europeus, liderats per Elisabetta Caffau, utilitzant el Very Large Telescope (VLT) de l’Observatori Europeu Austral en Cerro Paranal, Xile, va descobrir (6) una estrella (SDSS J102915+172927) a la constel·lació del Lleó, amb una composició de 75% hidrogen, 25% heli i menys de 0,00007% de metalls, 20.000 vegades inferior a la proporció de metalls al Sol. Recordem que, per els astrònoms, tots els elements superiors a l’heli són considerats metalls.  L’estrella te una massa menor de 0,8 vegades la massa del Sol i una edat probablement superior a 13 mil milions d’anys. La llum de l’estrella és tan feble i la presència de metalls tan petita, que només es va poder detectar calci en les primeres observacions. Van haver de demanar més temps d’observació i major temps d’exposició per a poder trobar altres metalls. La importància del descobriment rau en que aquesta estrella, formada en els primers temps de l’univers, mai s’hauria d’haver pogut formar, segons les teories majoritàriament acceptades fins ara.

Estrella SDSS J102915+172927, de la constel·lació del Lleó. Imatge del Very Large Telescope (VLT) de l'Observatori Europeu Austral en Cerro Paranal, Xile (5)

Estrella SDSS J102915+172927, de la constel·lació del Lleó. Imatge del Very Large Telescope (VLT) de l’Observatori Europeu Austral en Cerro Paranal, Xile (5)

Estrelles amb una massa com la citada només s’haurien pogut formar després de que les explosions de supernoves enriquissin el medi d’elements més pesats que l’hidrogen i l’heli, metalls en termes astronòmics. La contracció gravitatòria del gas genera calor que ha de ser dissipada per les partícules de metalls: l’augment de calor, en forma d’augment d’energia cinètica de les partícules, passa per col·lisió a les partícules de metalls, sent absorbit per aquestes i eliminat en forma de radiació. Sense aquests metalls, l’expansió provocada per la calor seria massa forta i la gravetat del núvol massa feble (degut a la poca massa) com per permetre la formació de l’estrella. El carboni i l’oxigen podrien ser dos dels «metalls» que afavorissin la formació. En aquesta estrella però, la quantitat de carboni i oxigen és inferior al mínim considerat necessari per la gènesi estel·lar.

Un altre aspecte que intriga als astrònoms és la baixa composició en liti de l’estrella trobada. El liti és el tercer element de la taula periòdica, després de l’hidrogen i l’heli. Els cosmòlegs creuen que l’hidrogen i l’heli es van formar poc després del Big Bang, en proporció 75% hidrogen, 25% heli, juntament amb una petita part de liti. Les primeres estrelles formades haurien de mantenir quasi iguals aquestes proporcions. Posteriorment, les explosions de supernoves escamparien els nous materials formats al seu interior, enriquint el medi en metalls més pesats i fent que les noves estrelles que s’anessin formant fossin més riques en metalls. Així, la proporció en metalls d’una estrella és una bona indicació de la seva edat. L’estrella trobada és extremadament pobre en metalls, el que indica que és dels primers temps de l’univers però, en canvi, te una composició en liti 50 vegades inferior a la que se suposa havia en el propi medi als primers temps i que hauria d’aparèixer en les estrelles que s’haurien format aleshores. Caffau diu (5) que el descobriment d’aquesta estrella obligarà a revisar alguns models de formació estel·lar. Els científics ja estan treballant per identificar altres astres amb característiques similars a aquesta estrella.
(5) (6) (7)

La primera generació d’estrelles
En un article publicat el juliol de 2014 (8), Caffau i col·laboradors expliquen els seus últims avenços en l’estudi de les estrelles extremadament pobres en metalls (EMP, per les sigles en anglès), com la referida anteriorment, que són un component minoritari, al voltant d’una mil·lèsima part, de la població estel·lar. Utilitzen les dades del Sloan Digital Sky Survey (SDSS), que conté més de tres milions d’objectes astronòmics (9).

L’univers primitiu estava format per hidrogen (75%), heli (25%) i traces de liti. Les primeres estrelles formades havien de tenir, per tant, aquesta composició. És un fet conegut que un gas que es contrau sota l’acció gravitacional augmenta la seva temperatura i el calor extra ha de ser dissipat per radiació ja que, si no, l’expansió provocada per el calor contraresta l’acció gravitatòria i l’estrella no es forma. També és conegut que la presència de metalls afavoreix la dissipació de calor per radiació. Les estrelles de la primera generació havien de ser molt massives, de desenes de vegades la massa del Sol, per aconseguir força gravitatòria suficient per contrarestar la calor generada en la contracció, donada la quasi nul·la presència de metalls.

Les primeres estrelles es formarien uns 200 milions d’anys després del Big Bang, tindrien una massa de entre 50 i 300 vegades la massa del Sol, evolucionarien molt ràpidament, explotant com supernoves després d’uns 10 milions d’anys i abocant al medi interestel·lar la major part de la seva massa amb els metalls formats al seu interior. Només una fracció de la massa inicial romandria com estrella de neutrons o forat negre. Els models d’ordinador indiquen que l’enriquiment en metalls del medi afavoriria la generació d’estrelles de baixa massa a la segona generació, amb vides que podrien arribar als 13 mil milions d’anys, que encara continuarien brillant i serien les que s’estan descobrint darrerament. El Sol tindrà una vida d’uns 10 mil milions d’anys, fins exhaurir el seu combustible nuclear (hidrogen) i una estrella de massa 0,8 vegades la del Sol, te una vida de 12 – 13 milions d’anys, comparable a l’edat de l’univers. Caffau i col·laboradors estan particularment interessats en aquestes estrelles. En el seu article detallen les característiques de metal·licitat (composició en metalls) que haurien de tenir les estrelles EMP dels primers temps de l’univers, el paper que jugarien particularment l’estronci, el carboni i el ferro en la seva composició i els possibles candidats a EMP que estan seleccionant de entre 150.000 espectres de la base de dades SDSS.
(3) (8) (9)

 Audio de la xerrada

Emissió de Ràdio Banyoles, dins del programa d’Astrobanyoles
“Sopa d’estrelles” del 18 de maig de 2016.

Fonts d’informació utilitzades
(1) Elisabetta Caffau, premi MERAC 2013. http://eas.unige.ch/merac_prizes.jsp
(2) Elisabetta Caffau, Treball actual.
http://gepi.obspm.fr/pole-scientifique/physique-stellaire-et-galactique/l-equipe-39/?lang=fr
(3) Elisabetta Caffau. «The first generation of stars». Bologna. Itàlia. 7.05.2015.
http://davide2.bo.astro.it/wp-content/uploads/2014/02/caffau_may15.pdf
(4) Elisabetta Caffau. «Abundància d’elements al Sol i a les estrelles fredes tipus F_G_K amb els models d’atmosfera hidrodinàmics». Tesi doctoral. Observatoire de Paris. 2009.     http://www.theses.fr/2009OBSP0154
(5) J. Miguel Mas, Elisabetta Caffau i altres. «Una estrella que no debiera existir». Observatorio Europeo Austral. 31 de agosto de 2011.   https://www.eso.org/public/spain/news/eso1132/
(6) Elisabetta Caffau i altres. «An extremely primitive star in the Galactic halo». Nature 477, 67-69. 1st september 2011.  http://www.nature.com/nature/journal/v477/n7362/full/nature10377.html
(7) «Una estrella que nunca debió existir». El País. 6 de setembre de 2011.
http://sociedad.elpais.com/sociedad/2011/09/02/actualidad/1314914408_850215.html
(8) Elisabetta Caffau i altres. «The first generation of stars». Proceedings of Science. Juliol 2014.
http://pos.sissa.it/archive/conferences/204/053/NIC%20XIII_053.pdf
(9) Sloan Digital Sky Survey  http://www.sdss.org/

Aquesta entrada ha esta publicada en cosmologia, Dones astrònomes, Dones científiques. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Els comentaris estan tancats.