Le prime stelle dell'universo: un mistero dell'astronomia potrebbe essere stato risolto dal telescopio James Webb!

Questa settimana, il James Webb Telescope potrebbe aver trovato prove delle prime stelle dell'universo. Se questo venisse confermato, avremmo di fronte la soluzione a un mistero che persiste da decenni in astronomia.

Prime stelle scoperte da JWST
Esempi di stelle di popolazione I nel cielo notturno. Le stelle di popolazione III, quelle di prima generazione, potrebbero essere state trovate dal JWST. Credito: Tommy Lease.

Quando guardiamo il cielo notturno, vediamo scintillare diversi punti nel cielo. Questi punti sono stelle presenti nella nostra galassia, la Via Lattea. La Terra stessa orbita attorno a una stella, il Sole, che è essenziale per sostenere la vita sul nostro pianeta.

Le stelle sono elementi importanti nel nostro Universo: producono elementi chimici attraverso il processo di fusione e persino nel processo della loro morte. Ogni stella ha una sua percentuale di metallicità - in astronomia, metallicità indica ogni elemento che non sia idrogeno o elio.

Tuttavia, le prime stelle sono nate in un universo che aveva solo idrogeno ed elio. Le stelle che nascono solo da questi due elementi sono chiamate stelle di Popolazione III.

Fino a poco tempo fa, un esemplare di questo tipo di stella non era mai stato trovato ed è rimasto uno dei grandi misteri dell'astronomia. Questa settimana, il telescopio James Webb potrebbe aver trovato prove di una stella di questo tipo, e questo permetterebbe di risolvere questo mistero vecchio di decenni.

Popolazioni di stelle

Le stelle nascono dopo il collasso di nubi di polvere e gas. È naturale che nel processo di formazione la stella abbia nella sua composizione elementi come l'ossigeno e persino il ferro. Il grado di metallicità definisce a quale tipo di popolazione appartiene quella stella.

Gli elementi che hanno un numero atomico maggiore di 2 sono chiamati metalli in astronomia.

Popolazione I

Un esempio di stella di popolazione I è il Sole. Questa popolazione è costituita dalle stelle più giovani dell'Universo, sono di nuova formazione e hanno da milioni a qualche miliardo di anni. Le stelle della popolazione I hanno un alto contenuto metallico. Questo perché sono formate da nubi che hanno già elementi diversi dall'idrogeno e dall'elio. Questa popolazione di stelle ha stelle che vanno da una frazione della massa del Sole a una di poche decine rispetto alla massa della nostra stella. Le stelle che vediamo nel cielo notturno, in generale, sono stelle di questa popolazione.

Popolazione II

Le stelle di Popolazione II sono la seconda generazione di stelle nell'Universo. Sono stelle che non hanno un alto grado di metallicità, ma è comunque possibile trovare altri elementi, oltre all'idrogeno e all'elio, nella loro composizione. La maggior parte delle stelle della popolazione II sono oggi nane rosse, perché le stelle più massicce di questa popolazione hanno già raggiunto la fine della loro vita diventando nane bianche, stelle di neutroni o buchi neri stellari. Le stelle della popolazione II sono presenti nel rigonfiamento e nell'alone delle galassie. Sono stelle più vecchie e più rosse.

Popolazione III

Infine, la prima popolazione di stelle si chiama Popolazione III, il che sembra contraddittorio. Questa popolazione non ha metalli nella sua composizione e queste stelle sono formate solo da idrogeno ed elio. La Popolazione III iniziò con la formazione delle prime stelle nell'Universo, quando l'Universo aveva poche centinaia di milioni di anni. Queste stelle potrebbero avere una massa da decine a centinaia di volte la massa del Sole.

Il mistero delle stelle della popolazione III

Le stelle della popolazione III dovrebbero essere stelle giganti, blu e molto luminose. Questo perché la mancanza di metallo nella loro composizione gli permetterebbe di raggiungere dimensioni e luminosità molto elevate. Tuttavia, trattandosi di stelle grandi e luminose, il carburante - causato dalla fusione degli elementi al loro interno - si esaurirebbe rapidamente e sarebbero stelle dalla vita molto breve.

Si prevede che vivano solo pochi milioni di anni. Per questo motivo, queste stelle non sono mai state osservate nell'Universo, perché hanno cessato di esistere molto tempo fa. La mancanza di osservazioni di questo tipo di stelle ha lasciato una domanda aperta in astronomia: esistono davvero?

La scoperta del JWST

Utilizzando i dati del James Webb Telescope, un team di Cambridge potrebbe aver trovato una delle prime prove di stelle di questa popolazione. Ciò è avvenuto dopo aver osservato lo spettro di una regione vicina a una delle galassie più distanti mai trovate, GN-z11.

Immagine della galassia tratta dall'articolo Maiolino et al.
La galassia GN-z11 e l'ambiente studiato nell'articolo. Ogni colonna rappresenta una linea dello spettro osservato, la linea è contrassegnata in rosso. Credito: Maiolino et al.

La galassia GN-z11 esisteva già quando l'Universo aveva solo 400 milioni di anni, un tempo in cui ci si aspettava che alcune stelle di Popolazione III esistessero nell'alone delle galassie. Lo spettro indica la presenza di una linea di elio che sarebbe possibile solo in presenza di qualcosa che ionizza fortemente questo elemento. L'idea è che la regione sia stata ionizzata dalla presenza di una stella di Popolazione III con 500 volte la massa del Sole.

La fine di un mistero?

È ancora troppo presto per confermare se abbiamo trovato risposta ad una domanda vecchia di decenni. Una possibilità sollevata dagli astronomi è che la regione sia stata ionizzata dall'attività di un buco nero supermassiccio e non da una stella di Popolazione III.

L'articolo pubblicato dal gruppo non conferma che abbiamo finalmente individuato una stella di popolazione III, ma questo studio ha le migliori prove e argomenti per sostenere la possibilità che siano finalmente state trovate queste stelle. Questo è il secondo mistero dell'astronomia che sembra ricevere una luce in poche settimane, sempre grazie al telescopio super potente James Webb.