Credits: ESA/Hubble, M. Kornmesser e NASA

Introduzione

Nuovi risultati del telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA suggeriscono che la formazione delle prime stelle e galassie nell’universo primordiale ebbe luogo prima di quanto si pensasse sin ora. Un team europeo di astronomi non ha trovato prove della prima generazione di stelle, note come Population III stars, ma è giunto sino a quando l’universo aveva solo 500 milioni di anni.

Prima generazione di stelle

L’esplorazione delle primissime galassie rimane una sfida significativa nell’astronomia moderna. Non sappiamo quando o come si formarono le prime stelle e galassie nell’universo. Queste domande possono essere affrontate con il telescopio spaziale Hubble attraverso osservazioni di imaging approfondite. Hubble consente agli astronomi di vedere l’universo di nuovo entro 500 milioni di anni dal big bang.

Un team di ricercatori europei, guidato da Rachana Bhatawdekar dell’ESA (Agenzia spaziale europea), ha iniziato a studiare la prima generazione di stelle nell’universo primordiale. Conosciute come Population III stars, queste stelle sono state forgiate dal materiale primordiale emerso dal big bang e devono essere state realizzate esclusivamente con idrogeno, elio e litio, gli unici elementi che esistevano prima che i processi nei nuclei di queste stelle potessero creare elementi più pesanti, come ossigeno, azoto, carbonio e ferro.

Immagine di Hubble dell'ammasso di galassie MACS J0416 che mostra una scena di cielo stellato con striscio blu centrale
Questa immagine del NASA / ESA Hubble Space Telescope
mostra l’ammasso di galassie MACS J0416. Questo è uno
dei sei ammassi di galassie studiati dal programma Hubble
Frontier Fields, che ha prodotto le immagini più profonde
di lenti gravitazionali mai realizzate. Gli scienziati hanno
usato la luce intracluster (visibile in blu) per studiare la
distribuzione della materia oscura all’interno del cluster.
Credits: NASA, ESA e M. Montes (University of New
South Wales)

Bhatawdekar e il suo team hanno esplorato l’universo primordiale da circa 500 milioni a 1 miliardo di anni dopo il big bang, studiando il cluster MACS J0416 e il suo campo parallelo con l’Hubble Space Telescope (con dati di supporto dello Spitzer Space Telescope della NASA e del ground-based Very Large Telescope dell’European Southern Observatory). “Non abbiamo trovato prove di queste stelle della prima generazione, in questo intervallo di tempo cosmico“, ha detto Bhatawdekar dei nuovi risultati.

Osservare grazie alla lente gravitazionale

Il risultato è stato ottenuto utilizzando la Wide Field Camera 3 dell’Hubble Space Telescope e dell’Advanced Camera for Surveys, nell’ambito del programma Hubble Frontier Fields. Questo programma (che ha osservato sei ammassi di galassie distanti dal 2012 al 2017) ha prodotto le osservazioni più profonde mai fatte di galassie e ammassi di galassie situate dietro di esse che sono state ingrandite dall’effetto della lente gravitazionale, rivelando in tal modo galassie da 10 a 100 volte più deboli di qualsiasi altra precedentemente osservata.

Le masse degli ammassi di galassie in primo piano sono abbastanza grandi da piegare e ingrandire la luce dagli oggetti più distanti dietro di loro. Ciò consente a Hubble di utilizzare queste lenti d’ingrandimento cosmiche per studiare oggetti che vanno oltre le sue capacità operative nominali.

Bhatawdekar e il suo team hanno sviluppato una nuova tecnica che rimuove la luce dalle galassie in primo piano luminose che costituiscono queste lenti gravitazionali. Ciò ha permesso loro di scoprire galassie con masse inferiori rispetto a quanto mai osservato in precedenza con Hubble, a una distanza corrispondente a quando l’universo aveva meno di un miliardo di anni. A questo punto nel tempo cosmico, la mancanza di prove per popolazioni stellari esotiche e l’identificazione di molte galassie a bassa massa, supporta il suggerimento che queste galassie sono i candidati più probabili per la reionizzazione dell’universo. Questo periodo di reionizzazione nell’universo primordiale è quando il mezzo intergalattico neutro è stato ionizzato dalle prime stelle e galassie.

Questi risultati hanno profonde conseguenze astrofisiche poiché dimostrano che le galassie devono essersi formate molto prima di quanto pensassimo“, ha affermato Bhatawdekar. “Ciò supporta anche fortemente l’idea che le galassie a bassa massa/deboli nell’universo primordiale sono responsabili della reionizzazione“.

Questi risultati suggeriscono anche che la prima formazione di stelle e galassie si è verificata molto prima di quanto si possa sondare con il telescopio spaziale Hubble. Questo lascia un’entusiasmante area di ulteriori ricerche per l’imminente NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope della NASA – per studiare le prime galassie dell’universo.

Citazioni e Approfondimenti