Un team di astronomia, guidato da Roberto Maiolino dell’Università di Cambridge, ha sondato la galassia GN-z11 e ha scoperto prove dell’esistenza della prima generazione di stelle, chiamate stelle di Popolazione III, nonché di un buco nero supermassiccio che divora enormi quantità di materia e cresce a un ritmo notevolmente accelerato.

Perché la galassia GN-z11 che ospita le stelle di Popolazione III è così importante

Grazie all’ausilio di due strumenti del vicino infrarosso del JWST, la Near-Infrared Camera (NIRCam) e il Near-Infrared Spectrometer (NIRSpec) i ricercatori hanno potuto osservare una delle galassie più lontane conosciute, GN-z1, che ospita la prima generazione di stelle nell’Universo è venuta alla luce: le stelle di Popolazione III.

L’esistenza delle stelle di popolazione III, ritenute finora puramente ipotetiche, è stata così confermata.

La galassia GN-z11, è stata scoperta dal telescopio spaziale Hubble nel 2015 e, prima del lancio del telescopio spaziale James Webb, ed era considerata la galassia più lontana conosciuta. Con uno spostamento dello spettro verso il rosso( Red Shift) di 10,6, ha più senso parlare di quanto tempo fa esisteva, piuttosto che di quanto fosse lontana. Questo perché GN-z11 è stata osservata com’era appena 430 milioni di anni dopo il Big Bang, a causa del tempo impiegato dalla sua luce per raggiungere il nostro angolo di Cosmo. Per fare un confronto, l’Universo oggi ha 13,8 miliardi di anni.

Per questa ragione, GN-z11 è stata un obiettivo primario da studiare per il JWST. Due nuovi studi hanno descritto interessanti scoperte, rivelando dettagli vitali su come le galassie che esistevano nell’Universo primordiale fossero in grado di crescere.

GN-z11, la galassia in cui albergano le stelle Popolazione III, è la più luminosa conosciuta con questo particolare spostamento dello spettro verso il rosso, e in effetti questo è diventato un tema comune per le galassie ad alto spostamento verso il rosso che ora vengono trovate quasi regolarmente nell’Universo primordiale dal JWST.

Molte di esse appaiono molto più luminose di quanto previsto dai nostri modelli di formazione delle galassie. Tali previsioni si basano sul modello standard della cosmologia.

L’età delle stelle di Popolazione III

Gli scienziati possono calcolare l’età di una stella in base alla sua abbondanza di elementi pesanti, che sarebbero stati formati da precedenti generazioni di stelle che sono vissute e sono morte, espellendo quegli elementi pesanti nello spazio dove alla fine vengono riciclati nelle regioni di formazione stellare per formarne di nuovi corpi stellari.

Le stelle più giovani che si sono formate negli ultimi cinque o sei miliardi di anni sono chiamate stelle di Popolazione I e hanno la più alta abbondanza di elementi pesanti. Il nostro sole è una stella della Popolazione I.

Le stelle più vecchie contengono meno elementi pesanti perché prima di loro c’erano state meno generazioni di stelle. Queste sono state denominate stelle della Popolazione II e vivono nelle regioni più antiche della nostra galassia, la Via Lattea.

Le stelle di Popolazione III sarebbero state le prime stelle a formarsi e, poiché nessun’altra stella è venuta prima di loro, non avrebbero contenuto elementi pesanti e sarebbero state costituite solo dall’idrogeno e dall’elio incontaminati forgiati durante il Big Bang. Si pensa anche che queste prime stelle fossero estremamente luminose, con masse pari ad almeno diverse centinaia di soli.

Le prove dell’esistenza delle stelle di Popolazione III

Sebbene gli astronomi non abbiano ancora visto direttamente le stelle della Popolazione III, il team di Maiolino ne ha rilevato prove indirette nella galassia GN-z11: NIRSpec ha infatti osservato un grumo di elio ionizzato vicino al bordo di essa.

Questo gas elio viene ionizzato da qualcosa che produce enormi quantità di luce ultravioletta, con quel qualcosa dedotto come le stelle di Popolazione III. Potenzialmente, l’elio osservato è materiale residuo della formazione di quelle stelle. La quantità di luce ultravioletta necessaria per ionizzare tutto quel gas richiede circa 600.000 masse solari di stelle in totale, che brillano con una luminosità combinata 20 trilioni di volte più luminosa del nostro sole.

Queste cifre suggeriscono che le galassie distanti come GN-z11 sarebbero state più abili nel formare stelle massicce rispetto alle galassie dell’Universo moderno.

“Il fatto che non vediamo nient’altro oltre all’elio suggerisce che questo ammasso deve essere abbastanza incontaminato“, ha spiegato Maiolino: “Questo è qualcosa che ci si aspettava dalla teoria e dalle simulazioni in prossimità di galassie particolarmente massicce di queste epoche: dovrebbero esserci sacche di gas incontaminato sopravvissute nell’alone, e queste potrebbero collassare e formare stelle di Popolazione III“.

Nel frattempo, secondo una seconda serie di risultati, il team di Maiolino ha anche trovato prove dell’esistenza di un buco nero di due milioni di masse solari nel cuore di GN-z11.

Gli astronomi hanno osservato una galassia che ha smesso di formare nuove stelle più di 13 miliardi di anni fa.

Utilizzando il telescopio spaziale James Webb, un team internazionale di astronomi guidato dall’Università di Cambridge ha individuato una galassia “morta” quando l’universo aveva appena 700 milioni di anni, la più antica galassia morta mai osservata.

Sembra che questa galassia abbia vissuto velocemente e sia morta giovane: la formazione stellare è avvenuta rapidamente e si è fermata quasi altrettanto velocemente, il che è inaspettato per una fase così precoce dell’evoluzione dell’universo. Tuttavia, non è chiaro se lo stato “spento” di questa galassia sia stato temporaneo o permanente, e cosa abbia causato la cessazione della formazione di nuove stelle.

Perchè una galassia muore?

I risultati dello studio, riportati sulla rivista Nature, potrebbero essere importanti per aiutare gli astronomi a capire come e perché le galassie smettono di formare nuove stelle, e se i fattori che influenzano la formazione stellare sono cambiati nel corso di miliardi di anni.

“Le prime centinaia di milioni di anni dell’universo furono una fase molto attiva, con molte nubi di gas che collassavano per formare nuove stelle“, ha detto Tobias Looser del Kavli Institute for Cosmology, il primo autore dell’articolo. “Le galassie hanno bisogno di una ricca fornitura di gas per formare nuove stelle, e l’ universo primordiale era un ricco buffet per questo“.

“È solo più tardi che iniziamo a vedere nell’universo le galassie smettere di formare stelle, che ciò sia dovuto a un buco nero o qualcos’altro“, ha detto il coautore Dr. Francesco D’Eugenio, anche lui del Kavli Institute for Cosmology.

Gli astronomi ritengono che la formazione stellare possa essere rallentata o fermata da diversi fattori, i quali sottraggono alla galassia il gas di cui ha bisogno per formare nuove stelle. Fattori interni, come un buco nero supermassiccio o gli effetti della formazione stellare stessa, possono spingere il gas fuori dalla galassia, provocando un rapido arresto della formazione stellare.

In alternativa, il gas può essere consumato molto rapidamente dalla formazione stellare, senza essere prontamente reintegrato dal gas fresco proveniente dai dintorni della galassia, con conseguente carenza della materia prima necessaria per formare nuove stelle.

“Non siamo sicuri che qualcuno di questi scenari possa spiegare ciò che abbiamo visto con Webb“, ha detto il professor Roberto Maiolino, coautore dello studio.

“Fino ad ora, per comprendere l’universo primordiale, abbiamo utilizzato modelli basati sull’universo moderno. Ma ora che possiamo vedere molto più indietro nel tempo e osservare che la formazione stellare si è estinta così rapidamente in questa galassia, i modelli basati sull’universo moderno potrebbero dover essere rivisitati“.

Utilizzando i dati di JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey), gli astronomi hanno determinato che questa galassia ha vissuto un breve e intenso periodo di formazione stellare in un periodo compreso tra 30 e 90 milioni di anni. Ma tra 10 e 20 milioni di anni prima del momento in cui fu osservato con Webb, la formazione stellare si fermò improvvisamente.

“Tutto sembra accadere più velocemente e in modo più drammatico nell’universo primordiale, e ciò potrebbe includere il passaggio delle galassie da una fase di formazione stellare a una fase dormiente o spenta“, ha affermato Looser.

Gli astronomi hanno già osservato galassie morte nell’universo primordiale, ma questa galassia è la più antica finora: appena 700 milioni di anni dopo il Big Bang, più di 13 miliardi di anni fa. Questa osservazione è una delle più profonde mai fatte con Webb.

Oltre ad essere la più vecchia, questa galassia ha anche una massa relativamente bassa, più o meno la stessa della Piccola Nube di Magellano (SMC), una galassia nana vicino alla Via Lattea, sebbene la SMC stia ancora formando nuove stelle. Altre galassie spente nell’universo primordiale erano molto più massicce, ma la sensibilità migliorata di Webb consente di osservare e analizzare galassie più piccole e più deboli.

Gli astronomi affermano che, sebbene sembri morta al momento dell’osservazione, è possibile che nei circa 13 miliardi di anni successivi questa galassia sia tornata in vita e abbia iniziato a formare nuove stelle.

“Stiamo cercando altre galassie come questa nell’universo primordiale, che ci aiuteranno a porre alcuni vincoli su come e perché le galassie smettono di formare nuove stelle“, ha detto D’Eugenio. “Potrebbe darsi che le galassie nell’universo primordiale ‘muoiano’ e poi ritornino in vita: avremo bisogno di più osservazioni per aiutarci a capirlo.”

Un nuovo studio condotto dall’astronomo Paul Wiegert ipotizza cosa accadrebbe se l’orbita di Apophis cambiasse dopo una collisione con un altro asteroide.

Wiegert e il collaboratore Benjamin Hyatt dell’Università di Waterloo hanno calcolato con cautela i percorsi di tutti gli 1,3 milioni di asteroidi conosciuti nel sistema solare per escludere la possibilità che possa colpire un altro asteroide, reindirizzando il suo percorso previsto verso la Terra.

Cosa accadrebbe se Apophis collidesse con un altro asteroide

Quando è stato scoperto per la prima volta nel 2004, Apophis è stato identificato come uno degli asteroidi più pericolosi in quanto si riteneva esistesse il rischio che potesse colpire la Terra. Ma la valutazione dell’impatto è cambiata nel corso degli anni, dopo che gli astronomi lo hanno rintracciato, è stato possibile determinare meglio l’orbita di Aphophis, chiamato anche asteroide 99942, ed è diventato chiaro che stava per lasciare il nostro pianeta.

Classificato tra i NEO, Near Earth objects, con un diametro stimato di circa 335 metri, Apophis è famoso per i suoi prossimi passaggi ravvicinati alla Terra, previsti nel 2029 e nel 2036. Si prevede che passerà entro 37.399 chilometri il 13 aprile 2029, in tutta sicurezza.

“Abbiamo calcolato i percorsi di tutti gli asteroidi conosciuti utilizzando una simulazione computerizzata dettagliata del nostro sistema solare ed è stata valutata la possibilità di un evento così improbabile”, ha affermato Wiegert, Professore di fisica e astronomia: “Fortunatamente non sono previste collisioni del genere”.

“Considerando quanto Apophis passerà vicino alla Terra, c’è il rischio che una deviazione dalla sua traiettoria attuale possa avvicinarlo fino ad un possibile impatto“, ha detto Hyatt, uno studente universitario della Waterloo che ha collaborato a questa ricerca per due estati.

Perché Apophis non si può perdere di vista

“Ipoteticamente, se un altro asteroide collidesse con Apophis potrebbe causare una deviazione dell’orbita tale da indurre scenari preoccupanti, motivandoci a studiare questo scenario, per quanto improbabile possa essere“.

I passaggi più vicini tra gli asteroidi conosciuti e Apophis sono stati identificati da Wiegert e Hyatt per il futuro monitoraggio per mantenere la consapevolezza della situazione e per perfezionare le loro orbite, ma il rischio complessivo che entri in collisione con un asteroide noto è quasi zero.

“L’asteroide Apophis ci ha affascinato come specie sin dalla sua scoperta nel 2004: è stata la prima minaccia credibile nota da parte di un asteroide al nostro pianeta“, ha affermato Wiegert, membro dell’Institute for Earth and Space Exploration: “Anche ora che sappiamo che è sul punto di mancarci con un discreto margine di sicurezza, gli astronomi rimangono vigili. È l’asteroide che non possiamo smettere di osservare”.

Apophis prende il nome dal serpente demoniaco, che personificava il male e il caos nell’antica mitologia egiziana.

Il percorso orbitale di Apophis negli anni

L’asteroide Apophis è stato avvistato per la prima volta dagli astronomi nel 2004. Poco dopo, i ricercatori hanno calcolato il suo percorso orbitale e hanno scoperto che l’asteroide largo 340 metri sarebbe passato vicino alla Terra nel 2029, nel 2036 e di nuovo nel 2068.

Ulteriori studi hanno dimostrato che ci sono poche possibilità che l’asteroide colpisca la Terra, quindi, è stato derubricato dal rango di minaccia. Più recentemente, gli studiosi hanno notato che i ricercatori precedenti non avevano tenuto conto dell’effetto Yarkovsky per cui i raggi del sole colpiscono un lato di un asteroide. Mentre il calore si irradia dall’asteroide, una piccola quantità di energia fa pressione sull’asteroide, costringendolo a ruotare leggermente.

I ricercatori hanno calcolato che l’effetto Yarkovsky sta spingendo Apophis da un lato, abbastanza da costringerlo a spostarsi di circa 170 metri all’anno. Successivamente hanno applicato quelle conoscenze ai calcoli che descrivono la sua orbita e hanno scoperto che la deriva sta cambiando il corso dell’asteroide in un modo che lo porterà più vicino alla Terra.

È stato, tuttavia, dichiarato che non vi è, attualmente, alcuna indicazione che l’asteroide possa colpire la Terra nel 2029 e nel 2036, né nel 2068. Lo studio ha concluso che gli astronomi comunque dovranno tenere sempre d’occhio Apophis.

Stando alle ultime analisi della NASA, Apophis è ora ufficialmente fuori dalla “lista di rischio” degli asteroidi. Davide Farnocchia del Center for Near-Earth Object Studies, ha affermato: “Un impatto del 2068 non è più nel regno delle possibilità, e i nostri calcoli non mostrano alcun rischio di impatto per almeno i prossimi cento anni”.

La NASA è riuscita ad immortalare l’insolito fenomeno delle Nubi di Cavum mentre il satellite Terra stava sorvolando il Golfo del Messico. I ricercatori hanno già documentano l’evento sin dagli anni ’40 del secolo scorso, ma è stato solo circa 15 anni fa che gli scienziati hanno finalmente trovato una spiegazione.

 Come si formano le Nubi di Cavum?

Le strutture individuate dal satellite Terra sono ufficialmente chiamate nubi di cavum, ma a volte sono soprannominate nuvole perforanti o buchi fallstreak. Sono così grandi che possono essere avvistate dal suolo terrestre.

Secondo un paio di studi pubblicati nel 2010 e nel 2011, le nubi di cavum si formano quando gli aeroplani volano attraverso banchi di altocumuli di medio livello: si tratta nubi fatte di goccioline superraffreddate. I ricercatori del Langley Research Center della NASA hanno scoperto nel 2010 che quanto più basso è l’angolo che l’aereo impiega per passare attraverso le nuvole, tanto più grande sarà la cavità lasciata indietro.

Gli studi hanno dimostrato che qualsiasi tipo di aereo può produrre le nubi di cavum. Il satellite Terra della NASA ha catturato le foto di un “ammasso” di nubi di cavum vicino alla costa occidentale della Florida il 30 gennaio 2024. Secondo l’agenzia, gli oltre 1.000 voli al giorno provenienti dall’aeroporto internazionale di Miami contribuiscono in modo determinante al fenomeno.

Il satellite Terra è progettato per studiare i cambiamenti nell’atmosfera terrestre e gli effetti del cambiamento climatico. I ricercatori utilizzano i dati raccolti dal satellite per mappare l’impatto delle attività umane e dei disastri naturali.

Quando si verifica il fenomeno delle nubi di cavum?

Il fenomeno delle nubi di cavum si verifica in nuvole di medio livello composte da goccioline di acqua liquida super-raffreddate. Le goccioline rimangono liquide anche quando la temperatura è inferiore al tipico punto di congelamento dell’acqua (32°F o 0°C). Ma anche le goccioline superraffreddate hanno i loro limiti.

Il raffreddamento aggiuntivo che si verifica sulle ali degli aerei, ad esempio, può spingere le goccioline fino al punto di congelamento mentre l’aereo attraversa lo strato di nuvole. I cristalli di ghiaccio generano altri cristalli di ghiaccio mentre le goccioline liquide continuano a congelarsi. Alla fine diventano così pesanti che i cristalli di ghiaccio iniziano a cadere dal cielo, lasciando un vuoto nello strato di nuvole, formando le cosiddette nubi di cavum.

I cristalli di ghiaccio che cadono sono spesso visibili al centro delle cavità formatesi come sottili scie di precipitazione caratteristiche, chiamate virga. Quando gli aerei attraversano le nuvole con un angolo piuttosto acuto, producono piccole cavità circolari.

Se attraversano le nuvole con un angolo poco profondo, possono produrre lunghe “nuvole canale” con lunghe scie virga. Altri fattori che possono influenzare la lunghezza di questo tipo di nuvola includono lo spessore dello strato di nuvole, la temperatura dell’aria e il grado di wind shear orizzontale.

Nubi di cavum: no, non sono dischi volanti alieni

Il fenomeno delle nubi di cavum ha dato grande spinta alla fantasia umana tanto che alcuni hanno pensato che si trattasse di UFO, altri si sono spinti oltre, ipotizzando che fossero dei veri e propri portali aperti da forme di intelligenza extraterrestre per mettere in comunicazione il pianeta Terra con altri mondi.

“Quando viste dal basso – ha spiegato l’Earth Observatory che ha diffuso la nuova immagine – possono sembrare grandi cerchi, oppure ellissi ritagliate nettamente tra le nuvole, con ciuffi che cadono dal centro del buco. Ma anche dall’alto sono ugualmente impressionanti”.

“Il sottoraffreddamento si verifica quando le goccioline d’acqua sono eccezionalmente pure e prive di piccole particelle, come polvere, spore fungine, polline o batteri, attorno alle quali si formano tipicamente i cristalli di ghiaccio”, precisano gli esperti dell’EO .

“Può sembrare un qualcosa di stravagante, ma si verifica regolarmente nell’atmosfera terrestre: gli altocumuli, che coprono circa l’8% della superficie terrestre, sono infatti composti principalmente da goccioline di acqua liquida sottoraffreddate a una temperatura di circa -15 °C”.

“Mentre l’aria si muove attorno alle ali e oltre le eliche degli aeroplani, un processo noto come espansione adiabatica raffredda l’acqua di ulteriori 20 °C o più, e può spingere le goccioline di acqua liquida fino al punto di congelamento senza l’aiuto di particelle sospese nell’aria“, aggiunge l’ente americano.

“I cristalli di ghiaccio generano altri cristalli di ghiaccio mentre le goccioline liquide continuano a congelarsi, finché diventano abbastanza pesanti da iniziare a cadere dal cielo, lasciando un vuoto nello strato di nuvole“.

“I ricercatori dell’UCAR, insieme ai colleghi di diverse altre istituzioni, tra cui il Langley Research Center della NASA, hanno utilizzato una combinazione di dati di volo degli aerei, osservazioni satellitari e modelli meteorologici per spiegare come la formazione delle nubi di Cavum e tenere traccia della durata del fenomeno, scoprendo che quando gli aerei passano attraverso le nuvole con un angolo abbastanza acuto, si formano piccole cavità circolari“, ha precisato l’EO.

“Se invece le attraversavano con un angolo poco profondo, diventavano visibili cavità a forma di canale più lunghe e con lunghe scie virga, come quelle mostrate nelle immagini del satellite Terra”.

“Le analisi hanno mostrato che uno spettro completo di tipi di aerei, inclusi grandi aerei passeggeri, aerei regionali, aerei privati, aerei militari e turboelica, possono produrre nubi di Cavum e canali”, ha evidenziato l’EO: “Con più di 1.000 voli che arrivano ogni giorno all’aeroporto internazionale di Miami, ci sono molte probabilità di aerei che trovano le condizioni atmosferiche necessarie per produrre le nubi di Cavum“.