È possibile che la stella di Matusalemme smentisca il Big Bang?

La stella di Matusalemme, HD 140283, ha un'età stimata che va ben oltre quella che è la stima della nascita dell'universo; questo potrebbe mettere in crisi il modello cosmologico standard e l'ipotesi stessa del Big Bang. Eppure gli astrofisici non sembrano preoccuparsene, perché?

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Per la persona a corto di tempo, la risposta è no. Ma la storia completa è una storia interessante di astronomia, cosmologia e di quanto sia difficile rispondere alle grandi domande.
A circa 200 anni luce di distanza, vicino alla costellazione della Bilancia, un’antica stella dal nome anonimo di HD 140283 sta attraversando la nostra galassia. La sua velocità vertiginosa ci suggerisce una drammatica storia di dodici miliardi di anni fa, quando il progenitore della Via Lattea inghiottì la galassia nana che all’epoca era la sua dimora.
Ma la cosa più interessante di HD 140283 non è la sua velocità; è la sua età. È una delle cose più antiche che abbiamo mai osservato. Le prime stime della sua età si avvicinavano a circa 16 miliardi di anni. La stima più aggiornata della sua età è di 14,46 ± 0,8 miliardi di anni, ben oltre l’attuale stima dell’età dell’universo, che è di 13,799 ± 0,021 miliardi di anni. Data la sua età estrema, HD 140283 è stata soprannominata ufficiosamente la stella di Matusalemme, dal nome di Matusalemme, un patriarca biblico che si dice abbia vissuto 969 anni.
Naturalmente, se la stella di Matusalemme fosse davvero più antica del cosmo, ciò metterebbe in discussione l’intero paradigma scientifico moderno delle origini dell’universo, compreso il Big Bang. Questo potrebbe essere un grosso problema. Come vedremo, la teoria del Big Bang non è a rischio, ma vale la pena capire come gli astronomi siano stati in grado di attribuire alla stella un’età così antica.
Esistono diverse popolazioni distinte di stelle nell’universo, delineate dalla quantità di metalli in esse contenute. Il nostro Sole è una stella della Popolazione di tipo I, con una quantità significativa di elementi pesanti. La Methuselah Star è una stella di Popolazione II, con elementi considerevolmente meno pesanti, in particolare il ferro. Gli astrofisici ritengano debba esistere un’altra ipotetica classe di stelle, chiamata Popolazione III, che contiene essenzialmente solo idrogeno ed elio. Non sono state mai osservate stelle di Popolazione III.
Le tre distinte classi di stelle hanno iniziato la loro vita in epoche diverse dell’universo. Poco dopo il Big Bang, l’universo consisteva essenzialmente solo di idrogeno ed elio. Contando gli atomi, il rapporto era di circa il 92% di idrogeno e l’8% di elio. Poiché ogni atomo di elio pesa circa quattro volte quanto un atomo di idrogeno, il rapporto era di circa il 75% di idrogeno rispetto al 25% di elio quando espresso in termini di peso.
Le stelle appartenenti al tipo di Popolazione III si sono formate molto presto nell’universo, composte esclusivamente dalla miscela primordiale. Erano enormi e calde e bruciavano il loro carburante in un batter d’occhio cosmologico, convertendo l’idrogeno e l’elio in elementi più pesanti. Questi mostri stellari esplosero nel giro di poche centinaia di milioni di anni, inondando l’universo alcuni elementi più pesanti.
Le stelle di Popolazione II si sono formate un po’ più tardi, ma ancora molto presto nella storia dell’universo. La loro composizione era ancora scarsa in elementi pesanti, in particolare il ferro. Molte di queste stelle della popolazione II hanno vissuto il loro ciclo di vita stellare ed esplodendo come supernove hanno ulteriormente arricchito il cosmo di elementi ancora più pesanti.
Le stelle di Popolazione I, di cui il nostro sole è un esempio, si sono formate grazie alla condensazione gravitazionale di nubi di gas arricchite dagli elementi liberati dalle esplosioni in supernovae delle prime stelle di Popolazione II. Il diverso mix di elementi ha conseguenze sui dettagli dei processi di fusione che avvengono nel loro nucleo.
Poiché la stella Matusalemme è una stella di Popolazione II, è vecchia. Nel 2013, il telescopio spaziale Hubble ha utilizzato i suoi sensori di guida fine per misurare con precisione la sua distanza, il che ha permesso agli astronomi di determinare la luminosità intrinseca della stella. Combinando la luminosità e le informazioni spettrali con modelli avanzati di formazione ed evoluzione stellare, i ricercatori hanno stimato un’età sulla stella Matusalemme di 14,46 ± 0,8 miliardi di anni, più vecchia della durata accettata di 13,799 miliardi di anni dell’universo.
Quindi, questo è un enorme problema per la teoria del Big Bang? No, e questo perché il valore centrale della stima dell’età della star è solo una parte della storia. L’incertezza deve essere presa in considerazione e, quando le incertezze sono comprese correttamente, significa che l’età effettiva della stella di Matusalemme ha una probabilità del 70% di essere compresa tra 13,66 e 15,36 miliardi di anni. Primo, la stima più bassa rientra nell’età accettata dell’universo; ma in secondo luogo, c’è una probabilità del 30% che l’età della stella Matusalemme sia al di fuori di tale intervallo, con una probabilità del 15% che sia ancora più bassa.
Quando si tiene conto di tutto, data la misurazione ricavata da Hubble dell’età della stella di Matusalemme, è probabile che la sua età effettiva sia inferiore ai 13,8 miliardi di anni dell’universo. Il venti percento è più o meno la stessa delle possibilità di tirare un dado a sei facce ed ottenere un sei. È abbastanza probabile. E questo presuppone che non vi siano incertezze non spiegate nella stima dell’età.
Non c’è dubbio che la stella di Matusalemme sia vecchia, anzi è la stella più antica dell’universo per la quale esiste una stima abbastanza precisa della sua età. Ma la sua esistenza non è la campana a morto della cosmologia moderna. Invece è una curiosità cosmica – un fossile dei tipi di stelle che si sono formati quando l’universo era ancora nuovo.
Resta il problema che, se le stime dell’età di HD 140283 fossero sbagliate per eccesso, astrofici e cosmologi dovrebbero comunque rimettere mano al nostro modo di calcolare le distanze stellari in relazione alla luminosità. Forse questo non sconvolgerebbe completamente le teorie attualmente accettate ma, certamente, qualche problema lo creerebbe.
Poi, se un giorno, in qualche modo, l’età apparente della Stella di Matusalemme dovesse essere confermata oltre i limiti previsti per l’età dell’universo, per i cosmologi sorgerebbero grossi problemi…
Fonte: Forbes