Popolazione III: la 1^ generazione di stelle della Galassia GN-z11 scoperte da Webb

La prova dell'esistenza nell'Universo della prima generazione di stelle Popolazione III è stata confermata grazie alle osservazioni effettuate dal James Webb Space Telescope (JWST)

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Stelle di Popolazione III

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.

Stelle di Popolazione III

 

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.

Stelle di Popolazione III

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.

Stelle di Popolazione III

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.

Stelle di Popolazione III

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.

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