Nessuna traccia di stelle primordiali 500 milioni di anni dopo il Big Bang

LA POPOLAZIONE III SI SAREBBE ESTINTA PRIMA DI QUANTO PREVISTO

In figura, l’ammasso di galassie MACSJ0416 oggetto dello studio.

Nuove osservazioni del Telescopio Spaziale Hubble suggeriscono che la formazione delle stelle e galassie primordiali sia avvenuta prima di quanto stimato in precedenza. La prima generazione di stelle, la cosiddetta Popolazione III, si sarebbe formata direttamente dalla materia prodotta nel Big Bang qualche centinaio di milioni di anni dopo, tuttavia di queste stelle non vi è traccia nel giovane Universo di 500 milioni di anni.

Trovare le prove dell’esistenza di tali stelle è una delle sfide della cosmologia, poiché aggiungerebbe prove per gli attuali modelli. Sinora di esse sono stati trovati solo deboli indizi, ma non è noto come e quando si siano formate.

Le stelle primordiali dovrebbero essere composte principalmente di idrogeno, elio e litio, gli unici elementi che esistevano prima che i processi di fusione nei loro nuclei potessero creare gli elementi più pesanti, come ossigeno, azoto, carbonio e ferro. La presenza, anche in tracce modestissime, di elementi pesanti negli spettri stellari ne esclude l’appartenenza alla Popolazione III, relegando le sorgenti alla successiva Popolazione II, quella che troviamo negli ammassi globulari, in alcune galassie nane e nel bulge delle galassie maggiori.

Un team di ricercatori europei, guidato da Rachana Bhatawdekar dell’Eso, si è messo sulle tracce di queste stelle primigenie, indagando oggetti molto distanti, con redshift compreso tra 6 e 9, vicine al confine osservabile di circa 500 milioni di anni dopo il Big Bang. In particolare, è stato studiato l’ammasso di galassie MACSJ0416 (in figura), giungendo alla conclusione che tra quelle stelle antichissime non vi è traccia della Popolazione III. Lo studio è stato condotto con Hubble (nell’ambito del programma Hubble Frontier Fields), con dati del dismesso Spitzer Space Telescope, e osservazioni dal suolo con il Vlt dell’Eso,

Ne consegue che le stelle primordiali, che devono essere esistite (altrimenti non si spiega la presenza di metalli nella Popolazione II), si sono formate e pressoché estinte entro i primi 500 milioni di anni dal Big Bang.

In particolare, le osservazioni di Hubble hanno permesso di indagare oggetti anche cento volte più deboli che in altre osservazioni profonde, grazie alle amplificazioni delle “lenti gravitazionali”. Il gruppo di astronomi ha applicato una tecnica che permette di rimuovere il contributo delle galassie che hanno agito da lente, in modo da analizzare la luce di quelle amplificate presenti nel fondo.

Quelle galassie antichissime sono risultate avere una massa ben inferiore al confronto con quelle più piccole indagate in precedenza con Hubble e tutte risalenti a quando l’Universo aveva meno di un miliardo di anni. Questa età corrisponde alla cosiddetta “fase di reionizzazione”, quando il mezzo intergalattico neutro è stato ionizzato dalla radiazione ultravioletta emessa dalle prime caldissime stelle e dalle protogalassie. Ciò avvalora l’idea che le piccole galassie presenti nell’Universo primordiale siano le principali responsabili della reionizzazione, ma pure che la prima formazione stellare sia avvenuta in un’epoca antecedente, alla quale non può accedere Hubble.

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