O l’universo primordiale funzionava diversamente da come crediamo o abbiamo problemi con il calcolo delle distanze nell’universo

Quando pensiamo alla formazione dell’intero universo, una delle maggiori domande riguarda la nascita delle primissime stelle. Si pensa che le stelle abbiano iniziato ad apparire nei primi 100 milioni di anni dopo il Big Bang, e i nostri strumenti ci hanno permesso di vedere alcune stelle davvero molto vecchie; ma i processi che le hanno create dalla primordiale zuppa dell’Universo sono un grande mistero.

Ma una lontanissima nuvola di gas ci ha appena dato un grande indizio. È così lontana, la luce di questa nuvola ha impiegato circa 13 miliardi di anni per arrivare, il che significa che stiamo vedendo la nuvola com’era quando l’Universo aveva circa 850 milioni di anni, un semplice passo della sua attuale vita.

Quella nuvola sembra simile alle nuvole di gas più giovani piene di quegli elementi forgiati ed espulsi nello spazio durante conati finali della vita delle stelle. Questa scoperta potrebbe significare che 13 miliardi di anni fa, alcune stelle erano già nate e morte.

E non una sola generazione. Sulla base dell’abbondanza degli elementi chimici presenti in questa antica nuvola di gas, almeno due generazioni di stelle dovevano essersi formate, vissute e morte per produrre la firma chimica che stiamo vedendo.

Insomma, una scoperta casuale si è rivelata un vero e proprio pugno allo stomaco per i nostri modelli di formazione stellare.

L’astronomo Eduardo Bañados del Max Planck Institute for Astronomy e colleghi stavano osservando quasar distanti: galassie con nuclei attivi estremamente luminosi. Quando il team ha notato qualcosa di strano sulla luce di un quasar chiamato P183 + 05, a circa 13 miliardi di anni luce di distanza, hanno deciso di dare un’occhiata più da vicino.

Non ci hanno messo molto a rendersi conto che le strane firme nella luce provenivano da una nuvola di gas e polvere posta al quasar, attraverso la quale parte della luce del quasar veniva filtrata, smorzando alcune delle lunghezze d’onda.

(Max Planck Institute for Astronomy)

Poiché diverse lunghezze d’onda della luce vengono bloccate da elementi diversi, ciò ha fornito indizi sulla composizione della nuvola. “Dopo essere stati convinti che stessimo osservando tale gas incontaminato formatosi solo 850 milioni di anni dopo il Big Bang“, ha affermato l’astronomo Michael Rauch del Carnegie Institution of Science, “abbiamo iniziato a chiederci se questo sistema potesse conservare le firme chimiche prodotte dalla prima generazione di stelle“.

Nell’universo primordiale, non c’era molta varietà. Subito dopo il Big Bang, l’Universo era per lo più pieno di idrogeno ed elio. Fu solo quando arrivarono le prime stelle che iniziarono a proliferare altri elementi.

Nei loro nuclei, le stelle hanno fuso l’idrogeno nell’elio, quindi l’elio nel carbonio e così via, con le stelle più massicce in grado di fondere i nuclei fino al ferro. Quando tali stelle raggiungono la fine della loro vita e diventano supernovae, le condizioni estreme di queste esplosioni possono, a loro volta, creare elementi più pesanti.

Questi elementi sparati nello spazio, vengono poi assorbiti da nuove generazioni di stelle, di conseguenza, più metalli ci sono in una stella, più giovane è probabilmente la sua generazione. E le stesse firme chimiche possono essere utilizzate per capire l’età del gas tra le stelle, il mezzo interstellare.

Il che ci riporta a quella super-vecchia nuvola di gas. Una specie di sacro graal nella cosmologia che sta cercando le impronte chimiche della prima generazione di stelle, nota come Popolazione III.

Analizzando la nuvola sulla base di spettri separati dalla luce del quasar, sono stati rilevati sia l’abbondanza dei metalli che di altri elementi chimici.

Come previsto, la nuvola aveva una bassa metallicità, coerente con la sua età.

Ma le abbondanze chimiche relative non avevano prove di essere arricchite dalle stelle della popolazione III. Piuttosto, erano sorprendentemente simili a quelli delle nuvole di gas molto più giovani arricchite dalle supernove di tipo Ia.

Ciò significa che un’altra generazione di stelle separa la nuvola dalle stelle della popolazione III – e, poiché perché una stella diventi una supernova di tipo Ia occorrono generalmente circa un miliardo di anni… Beh, abbiamo una discrepanza.

Ciò pone una serie di interrogativi inattesi sul ciclo di vita delle prime stelle, cui sarà interessante trovare una risposta. Bisogna aggiungere che ci sono una serie di altre prove che suggeriscono che l’Universo primordiale fosse un luogo piuttosto precoce, come, ad esempio, un intero gruppo di buchi neri supermassicci che non pensiamo possano essersi formati così rapidamente.

Se questa scoperta verrà confermata, forse è arrivato il momento di rivedere i modelli cosmologici.

“È emozionante poter misurare la metallicità e le abbondanze chimiche così presto nella storia dell’Universo, ma se vogliamo identificare le firme delle prime stelle dobbiamo riuscire a sondare epoche ancora più precoci della storia cosmica“, ha detto Bañados. “Sono ottimista sul fatto che troveremo nuvole di gas ancora più distanti, il che potrebbe aiutarci a capire come sono nate le prime stelle“.

Insomma, o ci abbiamo capito poco dell’universo primordiale o qualcosa non va nei nostri metodi di calcolo delle distanze interstellari.

La ricerca dovrebbe essere pubblicata su The Astrophysical Journal ed è disponibile su arXiv.