Scoperta inaspettata: trovato ossigeno in abbondanza nell'universo primordiale, quali le implicazioni?

La più lontana galassia in assoluto finora scoperta si chiama JADES-GS-z14-0 ed è stata scoperta circa un anno fa dal telescopio spaziale James Webb. Tuttavia, solo recentemente la sua distanza è stata confermata dal telescopio ALMA. Si pensi che si trova a circa 14.3 miliardi di anni luce dalla Terra, il che significa che si è formata appena 300 milioni di anni dopo il Big Bang.

Fino ad oggi si riteneva che galassie così giovani ne fossero prive o comunque ne avessero un decimo di quello trovato in JADES-GS-z14-0. Cerchiamo di capire quali sono le notevoli implicazioni di questa inaspettata scoperta.

Come viene prodotto l’ossigeno

All’interno delle stelle le temperature sono elevatissime, dell’ordine di milioni di gradi centigradi. Sono così elevate che gli atomi arrivano a fondersi tra loro in un processo chiamato “fusione termonucleare”.

Le reazioni di fusione termonucleare all’interno delle stelle vanno trasformando elementi leggeri quali idrogeno ed elio in elementi sempre più pesanti.

Volendo esemplificare, l’idrogeno viene fuso in elio, l’elio viene trasformato in carbonio e a sua volta il carbonio viene trasformato in elementi ancora più pesanti quali neon, magnesio, e ossigeno.

Gli elementi pesanti (carbonio, ossigeno, ferro, …) che sono stati sintetizzati all’interno delle stelle più massicce non rimangono per sempre al loro interno, ma vengono dispersi nello spazio interstellare quando le stelle muoiono, esplodendo come novae e supernovae alla fine della loro vita.

A mano a mano che le stelle esplodono come supernovae, il gas della galassia che ospita queste stelle si arricchisce sempre di più di elementi pesanti, come ad esempio l’ossigeno.

Come si pensava fossero le prime galassie

Le prime galassie che si sono formate dopo il Big Bang avevano una caratteristica peculiare, erano costituite di gas e di stelle contenenti solo idrogeno ed elio, cioè i due unici elementi formatisi durante il Big Bang.

Infatti, gli elementi più pesanti ancora non esistevano e si sarebbero formati successivamente, a mano a mano che le prime stelle si sarebbero evolute e poi sarebbero esplose come supernovae.

Tuttavia, si trattava di ipotesi poiché queste galassie erano così lontane da essere invisibili anche ai telescopi più potenti, soprattutto perché nascoste dalla polvere cosmica.

Grazie all’avvento di una nuova generazione di telescopi sensibili alla radiazione infrarossa, quindi capaci di penetrare la coltre di polvere che permea l’universo, soprattutto grazie al telescopio spaziale James Webb, è stato finalmente possibile osservare queste galassie primordiali.

La sorpresa degli astronomi è stata di trovarle ricche di ossigeno, quanto invece si pensava contenessero solo idrogeno ed elio. Questa osservazione epocale mostra che in quelle che consideriamo galassie primordiali, cioè le prime formatesi dopo il Big Bang, le prime stelle si sono evolute molto più rapidamente di quanto previsto dai nostri modelli. Ma non solo così rapidamente da produrre ossigeno al loro interno, ma essere morte con esplosioni di supernova e aver già arricchito di ossigeno il gas delle galassie che le contengono.

Ci troviamo inaspettatamente con galassie formatesi poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang e già così ricche di ossigeno da essere questo osservabile con i nostri telescopi.

Le evidenze della presenza così precoce di ossigeno si stanno accumulando e diventa inevitabile uno sforzo da parte dei teorici di modificare i modelli di evoluzione delle prime stelle in modo che si accordino alle osservazioni.

Riferimenti allo studio

The eventful life of a luminous galaxy at z=14: metal enrichment, feedback, and low gas fraction? S. Carniani et al. A&A 2025, in stampa

Deep Constraints on [CII]158μμm in JADES-GS-z14-0: Further Evidence for a Galaxy with Low Gas Content at z=14.2 Schouws, S. et al. 2025 ApJ in stampa