La formazione delle prime stelle e galassie probabilmente si è verificata molto prima di quanto si possa osservare con il telescopio spaziale Hubble
Quando si sono formate le prime stelle e le prime galassie nell’universo primordiale? Secondo un nuovo studio la formazione ebbe luogo prima di quanto si pensasse.
Non sappiamo quando o come si formarono le prime stelle e galassie nell’Universo primordiale ma scoprirlo resta una sfida molto importante per gli astronomi, e può essere affrontata e vinta grazie a telescopi come l’Hubble Space Telescope della NASA / ESA.
Le prime stelle sono conosciute come stelle di Popolazione III, e si sono formate dagli atomi leggeri creati dal Big Bang. Nubi di idrogeno, elio e litio si sono aggregate per formare i primi astri che, attraverso i processi nucleari innescati nei loro nuclei incandescenti, hanno creato nel corso dei milioni di anni gli elementi più pesanti come ossigeno, azoto, carbonio e ferro. In seguito questi elementi hanno partecipato alla formazione delle popolazioni stellari successive.
Un team di ricercatori europei, guidato da Rachana Bhatawdekar dell’Agenzia spaziale europea, ha iniziato a studiare la prima generazione di stelle nell’universo primordiale, le stelle di popolazione III. Bhatawdekar e il suo team hanno osservato l’Universo primordiale da circa 500 milioni a 1 miliardo di anni dopo il Big Bang studiando il cluster MACSJ0416 e il suo campo parallelo con il telescopio spaziale Hubble, avvalendosi anche dei dati messi a disposizione dallo Spitzer Space Telescope della NASA e dal ground-based Very Large Telescope of the European Southern Observatory.
“Non abbiamo trovato prove dell’esistenza di queste stelle della prima generazione di popolazione III in questo intervallo di tempo cosmico” ha affermato Rachana Bhatawdekar dopo l’analisi dei dati.
Il team è giunto a questa conclusione utilizzando la Wide Field Camera 3 e la Advanced Camera for Surveys di Hubble, nell’ambito del programma Hubble Frontier Fields. Questo programma (che ha osservato sei ammassi di galassie distanti dal 2012 al 2017) ha prodotto le osservazioni più profonde mai fatte di ammassi di galassie e di galassie situate dietro di esse che sono state ingrandite dall’effetto lente gravitazionale, rivelando così galassie da 10 a 100 volte più deboli di qualsiasi altra galassia osservata in precedenza.
Le masse degli ammassi di galassie in primo piano sono abbastanza grandi da piegare e ingrandire la luce proveniente dagli oggetti più distanti posti dietro di esse. Questo ha permesso al telescopio spaziale Hubble di utilizzare queste lenti d’ingrandimento cosmiche per studiare oggetti che vanno oltre le sue capacità operative nominali.
Bhatawdekar e il suo team, grazie a una nuova tecnica, sono riusciti a filtrare la luce dalle galassie in primo piano che costituiscono queste lenti gravitazionali cosmiche. La tecnica ha permesso al team di scoprire galassie con masse inferiori mai osservate in precedenza da Hubble, a una distanza che corrisponde a un’età dell’universo inferiore al miliardo di anni.
A questo punto nel tempo cosmico, la mancanza di prove per popolazioni stellari esotiche e l’identificazione di molte galassie a bassa massa corrobora la teoria che queste galassie sono i candidati più probabili per essere nate durante il periodo di reionizzazione dell’Universo.
La reionizzazione è il processo che ha reso gradualmente l’intero universo trasparente alla radiazione luminosa: tutta, o quasi, la materia neutra investita dalla luce ultravioletta delle prime stelle è stata ionizzata, trasformata cioè in un plasma di particelle molto meno denso del plasma che permeava lo spazio appena dopo il Big Bang, per via dell’espansione dell’universo.
“Questi risultati hanno profonde conseguenze astrofisiche poiché dimostrano che le galassie devono essersi formate molto prima di quanto pensassimo“, ha affermato Bhatawdekar. “Ciò supporta fortemente l’idea che le galassie a bassa massa / deboli nell’Universo primordiale sono responsabili della reionizzazione“,
Questi risultati suggeriscono che la formazione delle prime stelle e galassie si è verificata molto prima di quanto si possa osservare con il telescopio spaziale Hubble.
Le future ricerche saranno affrontate con il nuovo telescopio orbitale di NASA / ESA / CSA James Webb Space Telescope che probabilmente sarà in grado di trovare le stelle di popolazione III nell’universo neonato.
