Nuovi risultati ottenuti dal 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. Un gruppo europeo di astronomi non ha trovato prove della prima generazione di stelle, note come stelle della Popolazione III, fin da quando l’Universo aveva solo 500 milioni di anni.
La formazione delle prime stelle e galassie
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 così com’era a circa 500 milioni di anni dal Big Bang.
Un gruppo di ricercatori europei, guidato da Rachana Bhatawdekar dell’Agenzia spaziale europea, ha iniziato a studiare la prima generazione di stelle nell’universo primordiale. Conosciute come stelle della Popolazione III, queste stelle sono state forgiate dal materiale primordiale emerso dal Big Bang. Le stelle della popolazione III furono 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.
Bhatawdekar e la sua squadra hanno esplorato l’Universo primordiale da circa 500 milioni a 1 miliardo di anni dopo il Big Bang studiando il cluster MACSJ0416 e il suo campo parallelo con il telescopio spaziale Hubble (con dati di supporto dello Spitzer Space Telescope della NASA e del Very Large Telescope dell’Osservatorio europeo meridionale). “Non abbiamo trovato prove di queste stelle della prima generazione della popolazione III in questo intervallo di tempo cosmico”, ha detto Bhatawdekar dei nuovi risultati.
La formazione delle prime stelle: il ruolo di Hubble
Il risultato è stato ottenuto utilizzando il Wide Field Camera 3 di Hubble e il Wide Field Camera 3 e 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 ammassi di galassie. Le galassie situate in secondo piano rispetto ad altre 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.
Gli 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 ha sviluppato una nuova tecnica che rimuove la luce dalle galassie in primo piano che costituiscono queste lenti gravitazionali. Ciò ha permesso loro di scoprire galassie con masse inferiori rispetto a quelle mai osservate in precedenza con Hubble, a una distanza corrispondente a quando l’Universo aveva meno di un miliardo di anni.
La formazione delle prime stelle: la reionizzazione dell’Universo
A questo punto nel tempo cosmico, la mancanza di prove per popolazioni stellari esotiche e l’identificazione di molte galassie a massa bassa sostiene l’ipotesi che queste galassie siano 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 massa bassa/deboli nell’Universo primordiale siano 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’eccitante area di ulteriori ricerche per il prossimo NASA / ESA / CSA James Webb Space Telescope – per studiare le prime galassie dell’Universo.
