Spazio, siamo a un passo da un incredibile risultato: osserveremo presto stelle neonate vecchie quanto l'Universo

L’arte della panificazione nel corso del tempo si è evoluta. Se inizialmente si utilizzavano soltanto pochi e semplici ingredienti, magari gli unici allora disponibili, col tempo se ne sono resi disponibili sempre più, permettendo di preparare e sfornare tipi di pane sempre più elaborati.

Sembrerà curioso, ma questa considerazione sulla panificazione calza perfettamente con la “preparazione” delle stelle. Gli ingredienti cosmici con cui vengono “sfornate” le stelle non sono stati sempre gli stessi. Se inizialmente la natura utilizzava gli ingredienti più semplici, gli unici disponibili alle origini dell’Universo, nel corso dei miliardi di anni ingredienti sempre più elaborati si sono andati aggiungendo.

Oggi, le stelle si formano dalla frammentazione e successivo collasso di nubi molecolari formate principalmente da idrogeno ed elio, ma ricche anche di numerose altre “spezie”, nello specifico ricche di metalli e polveri di diversa composizione chimica, formatesi nel tempo.

Le stelle che negli ultimissimi miliardi di anni vengono “sfornate” con questa ricca combinazione di ingredienti o “spezie” sono chiamate stelle di Popolazione I.

Da dove provengono le “spezie”

Il luogo in cui vengono prodotti gli elementi più complessi dell’Universo (più complessi di idrogeno ed elio) è nel nucleo delle stelle. E’ qui che le reazioni di fusione termonucleare, detta nucleosintesi, rese possibili dalle elevatissime temperature del nucleo, permettono la trasformazione di elementi leggeri in elementi sempre più pesanti.

A partire dai due elementi più semplici, idrogeno ed elio, con differenti reazioni di fusione termonucleare vengono prodotti gli elementi più pesanti quali carbonio (C), azoto (N), ossigeno (O), fosforo (P), zolfo (S), cloro (Cl), sodio (Na),... e così via.

La sintesi di questi elementi avviene in tutte le stelle. Tuttavia, solo le stelle molto massicce (con masse più di 8 volte la massa del Sole), alla fine della loro vita, esplodendo come supernovae, durante il collasso del nucleo riescono a sintetizzare gli elementi più pesanti quali oro, argento, uranio.

Nelle fasi finali della vita di una stella, questi elementi pesanti vengono ceduti allo spazio interstellare. Essi vengono soffiati via dai venti stellari o espulsi, quietamente durante le fasi finali di vita delle stelle di piccola massa o violentemente durante le esplosioni di supernova.

Con il passare del tempo, il mezzo interstellare come anche le nubi molecolari si arricchiscono di questi elementi sempre più pesanti e quindi si rendono disponibili come ulteriori ingredienti per la formazione di nuove stelle.

Le due Popolazioni stellari

Le stelle che via via si formano e si andranno a formare saranno sempre più "speziate", ricche di metalli e altri elementi pesanti (chiamate in inglese metal rich). Queste stelle relativamente giovani e ricche di metalli (compreso anche il Sole) sono le stelle di Popolazione I.

La generazione precedente di stelle viene invece chiamata Popolazione II. La numerazione ordinale non corrisponde alla sequenza cronologica. Prima si è formata la Popolazione II e poi la Popolazione I.

Vengono chiamate stelle di Popolazione II le stelle più vecchie, formatesi quando la presenza di elementi pesanti (più pesanti dell’elio) nelle nubi molecolari era molto scarsa. Si tratta infatti di stelle povere di metalli (chiamate in inglese metal poor).

Nella nostra Galassia, le stelle giovani di Popolazione I si trovano nelle regioni più ricche di gas e polveri (nei bracci di spirale della Galassia); le stelle di Popolazione II si trovano nelle regioni povere di gas (nell’alone della Galassia e negli ammassi globulari). Queste sono stelle con età di parecchi miliardi di anni, più vecchie del Sole che è invece una stella di Popolazione I.

Esiste anche una Popolazione III

Ebbene sì! Ancor prima che si formasse la Popolazione II, si è formata la Popolazione III. Sono le prime stelle formatesi dopo il Big Bang. La loro esistenza è stata ipotizzata teoricamente. Si tratta di stelle vecchissime, le più vecchie in assoluto, formatesi quando le nubi molecolari erano formate solo di idrogeno ed elio, senza traccia di metalli.

Fino ad oggi non si era mai riusciti ad osservarne.

Recentemente, due diversi team di ricercatori, utilizzando il telescopio spaziale James Webb, sono riusciti a scovare una galassia, chiamata GN-z11, formatasi appena 500 milioni di anni dopo il Big Bang, quindi una galassia con età di oltre 13 miliardi di anni. I risultati della ricerca appariranno sulla rivista Astronomy & Astrophysics.

Stiamo parlando appunto dell’epoca in cui non esistevano “spezie” per cucinare le stelle, ma solo idrogeno ed elio.

Ma la scoperta eccezionale è stata la presenza di “grumi di gas” nell’alone della galassia. Come ipotizzato teoricamente, questo gas è formato da solo idrogeno ed elio, gli elementi più pesanti sono completamente assenti. Sono assenti poiché, 13.3 miliardi di anni fa questi elementi non erano ancora stati creati. Sarebbero stati creati nei miliardi di anni successivi.

Questi grumi di gas potrebbero potenzialmente collassare dando vita a stelle di Popolazione III, cioè la prima popolazione stellare dell’Universo.

Quindi, tecnicamente, siamo finalmente riusciti ad osservare le fasi preliminari alla nascita di stelle di Popolazione III, ma le potenzialità del James Webb ci fanno sperare bene di riuscire a scovarle già nate.

Nella nostra Galassia e nelle galassie vicine vediamo continuamente spegnersi stelle molto massicce e relativamente giovani (con esplosioni di supernova). Nelle galassie remote stiamo per riuscire ad osservare neonate stelle vecchie quanto l’Universo.

Volendo immaginare i nipoti come le stelle di popolazione I e i nonni come le stelle di Popolazione III, è emblematico il vedere i nipoti spegnersi mentre si assiste alla nascita dei nonni (scherzo questo della finitezza della velocità della luce).