Ultimately Large Telescope, come catturare la luce delle prime stelle

La NASA dieci anni fa accantonò ‘idea di installare un telescopio sulla superficie della Luna. Lo strumento sarebbe stato in grado di rilevare la la luce emessa dalle prime stelle dell’Universo neonato.
Oggi un gruppo di astronomi dell’Università del Texas ad Austin ha deciso di riesumare la proposta e il team guidato dalla “NASA Hubble Fellow” Anna Schauer, pubblicherà i risultati in un prossimo numero di The Astrophysical Journal.
“Nel corso della storia dell’astronomia, i telescopi sono diventati più potenti, permettendoci di sondare sorgenti da tempi cosmici successivamente precedenti, sempre più vicini al Big Bang”, ha detto il professore e membro del team Volker Bromm, un teorico che ha studiato le prime stelle per decenni . “Il prossimo James Webb Space Telescope [JWST] raggiungerà il tempo in cui le galassie si sono formate per la prima volta. Ma la teoria prevede che ci sia stato un tempo ancora precedente, in cui le galassie non esistevano ancora, ma dove si sono formate per la prima volta le singole stelle: le sfuggenti stelle della Popolazione III. Questo momento di ‘primissima luce’ è al di là delle capacità anche del potente JWST, e invece ha bisogno di un telescopio definitivo”
Il lancio del James Webb Space Telescope aprirà una nuova finestra per le osservazioni ai più alti redshift, raggiungendo z ~ 15. Tuttavia, anche con questa nuovo strumento, le prime stelle rimarranno fuori portata, in quanto nascono in piccoli minihalos con luminosità troppo deboli per essere rilevate anche dai tempi di esposizione più lunghi.
La formazione delle prime stelle
Dopo il Big Bang, l’Universo si è espanso e raffreddato permettendo la formazione di atomi di idrogeno, elio e litio neutri. A partire da quegli elementi si sono formate le prime stelle, quando l’Universo aveva circa 100 milioni di anni, prima della nascita delle prime galassie. Questi oggetti primordiali – sono noti come stelle di popolazione III. Quando queste stelle sono esplose come supernove, hanno espulso gli elementi pesanti prodotti nei loro interni nel mezzo interstellare. Ciò ha dato inizio all’arricchimento chimico dell’Universo che ha portato alla formazione delle stelle che vediamo oggi nella Via Lattea, ai pianeti rocciosi e infine agli esseri umani.
Gli scienziati pensano che le stelle di popolazione III siano sostanzialmente più massicce delle stelle arricchite chimicamente che si sono formate nelle epoche successive. Tuttavia, nulla di tutto ciò è stato confermato dall’osservazione, poiché finora non sono stati trovati oggetti che appartengono con certezza a questa classe di oggetti. Queste stelle primordiali erano probabilmente decine o centinaia di volte più massicce del Sole.
Le stelle sono divise in tre popolazioni: popolazione III, popolazione II e popolazione I.
Le stelle popolazione III, come detto, sono le più antiche, le prime a essersi formate a partire dall’idrogeno, dall’elio e da una piccola parte di litio e berillio prodotti dal Big Bang. Poiché sono le prime stelle, hanno una “metallicità” molto bassa . (In astrofisica, tutto ciò che è più pesante dell’idrogeno e dell’elio è considerato un metallo).
Le stelle di popolazione II sono arrivate dopo la fine delle stelle di Popolazione III che fondendo idrogeno ed elio in elementi più pesanti li hanno diffusi nell’Universo. Le stelle popolazione II sono nate da quella materia e hanno metallicità maggiore.
Le stelle Pop I sono la “terza generazione” di stelle e hanno una metallicità ancora maggiore delle stelle popolazione II. Ogni generazione di stelle crea più metalli che verranno assorbiti dalla generazione successiva.
Il Sole è una stella di popolazione I. Ha un alto contenuto di metalli pari a circa l’1,4%. Quindi, anche se gli astronomi parlano di elevata metallicità nelle stelle, la massa maggiore di una stella è ancora l’idrogeno.
Secondo i nuovi calcoli di Schauer il telescopio a specchio liquido basato sulla superficie della Luna, proposto nel 2008 da un team guidato da Roger Angel dell’Università dell’Arizona, potrebbe studiare le antiche stelle di popolazione III. Questo telescopio era denominato precedentemente “Lunar Liquid-Mirror Telescope” (LLMT). La NASA aveva fatto un’analisi del telescopio proposta un decennio fa, ma decise di non portare avanti il ​​progetto. Secondo Niv Drory, ricercatore senior presso il McDonald Observatory di UT Austin:“Questo telescopio è perfetto per questo problema”.
Il LLMT, che Schauer ha ribattezzato “Ultimately Large Telescope”, sarebbe dotato di uno specchio di 100 metri di diametro. Opererebbe in modo autonomo dalla superficie lunare, ricevendo energia da una stazione solare posta sulla Luna trasmettendo dati a un satellite posto nell’orbita lunare. Lo specchio del telescopio sarebbe fatto di metallo liquido, invece del solito vetro, poiché più leggero, e quindi più economico da trasportare sulla Luna. Lo specchio del telescopio avrebbe la forma di una vasca rotante, riempita con un liquido metallico, e quindi riflettente. La vasca ruoterebbe continuamente per mantenere la superficie liquida nella corretta forma di paraboloide che gli permetterebbe di funzionare come uno specchio.
Il telescopio sarebbe immobile, situato all’interno di un cratere al polo nord o sud della Luna. Per studiare le prime stelle, fisserebbe continuamente la stessa porzione di cielo, per raccogliere quanta più luce possibile.
“Viviamo in un universo di stelle”, ha concluso Voljer Bromm. “È una questione chiave come la formazione stellare sia iniziata all’inizio della storia cosmica. L’emergere delle prime stelle segna una transizione cruciale nella storia dell’universo, quando le condizioni primordiali stabilite dal Big Bang hanno lasciato il posto a un cosmico in continua crescita. complessità, portando alla fine la vita ai pianeti, alla vita e agli esseri intelligenti come noi. Questo momento di prima luce va oltre le capacità dei telescopi attuali o del prossimo futuro. È quindi importante pensare al telescopio definitivo, in grado di osservare direttamente quelle prime stelle sfuggenti ai margini del tempo”.
Il team propone alla comunità astronomica di rivisitare il piano accantonato per il telescopio lunare a specchio liquido, come un modo per studiare le antichissime prime stelle dell’Universo.
Fonte: Physics.
Fonte: https://arxiv.org/abs/2007.02946
Fonte: https://phys.org/news/2020-11-texas-astronomers-revive-idea-ultimately.html