Un viaggio di 13 miliardi di anni: rilevata la luce della stella più lontana di sempre

Il telescopio spaziale Hubble della NASA ha stabilito un nuovo straordinario record: rilevare la luce di una stella esistita nel primo miliardo di anni dopo la nascita dell’Universo nel big bang, la stella più lontana mai vista fino ad oggi. Hubble detiene anche il record per la galassia più distante mai osservata. La sua luce ha impiegato 13,4 miliardi di anni per raggiungere la Terra.

Indice:

Le caratteristiche

La scoperta è un enorme salto indietro nel tempo rispetto al precedente detentore del record, rilevato da Hubble nel 2018. Quella stella esisteva quando l’Universo aveva circa 4 miliardi di anni (il 30% della sua età attuale), in un momento chiamato “redshift 1,5“. Gli scienziati usano la parola “redshift” perché mentre l’Universo si espande, la luce proveniente da oggetti distanti viene “spostata” a lunghezze d’onda più lunghe e più rosse mentre viaggia verso di noi. Si pensi che la luce di Icaro, la super gigante blu che in passato aveva detenuto il record, ha impiegato 9 miliardi di anni per raggiungere la Terra.

Immagine esplicativa sul Redshift Cosmologico e su come contribuisce alle informazioni del passato dell’Universo. ©Jacopo Burgio

La stella appena rilevata è Earendel, ma non è da confondere con la più antica mai conosciuta, battezzata nel 2013 con il nome ‘’Matusalemme’’. Essa è  così lontana che la sua luce ha impiegato 12,9 miliardi di anni per raggiungere la Terra, apparendoci come quando l’Universo aveva solo il 7% della sua età attuale, con redshift di 6,2. Gli oggetti più piccoli visti in precedenza a una distanza così grande sono ammassi di stelle, incorporati all’interno delle prime galassie dell’universo.

La scoperta

All’inizio non ci credevamo quasi, era molto più lontano della precedente stella più distante e con redshift più alto“, ha detto l’astronomo Brian Welch della Johns Hopkins University di Baltimora, autore principale del documento che descrive la scoperta, pubblicata sulla rivista Nature del 30 marzo. La scoperta è stata fatta grazie ai dati raccolti durante il programma RELICS (Reionization Lensing Cluster Survey) di Hubble, guidato dal coautore Dan Coe presso lo Space Telescope Science Institute (STScI), sempre a Baltimora. Welch afferma: “Normalmente a queste distanze, intere galassie sembrano piccole macchie, con la luce di milioni di stelle che si fonde insieme […]  La galassia che ospita questa stella è stata ingrandita e distorta dalla lente gravitazionale in una lunga mezzaluna che abbiamo chiamato Sunrise Arc“.

Dopo aver studiato in dettaglio la galassia, Welch ha scoperto una stella estremamente ingrandita che ha chiamato Earendel che significa “stella del mattino“. Ciò promette di aprire un’era inesplorata di formazione stellare molto precoce.  Welch spiega: “Earendel esisteva così tanto tempo fa che potrebbe non avere avuto tutte le stesse materie prime delle stelle che ci circondano oggi […] Lo studio di Earendel sarà una finestra su un’era dell’Universo che non conosciamo, ma che ha portato a tutto ciò che sappiamo. È come se avessimo letto un libro davvero interessante, ma abbiamo iniziato con il secondo capitolo e ora avremo la possibilità di vedere come è iniziato tutto“.

Un caso fortuito

Il team di ricerca stima che Earendel sia almeno 50 volte la massa del nostro Sole e milioni di volte più luminoso, rivaleggiando con le stelle più massicce conosciute. Ma anche una stella così brillante e di massa molto elevata sarebbe impossibile da vedere a una distanza così grande senza l’aiuto dell’ingrandimento naturale di un enorme ammasso di galassie, WHL0137-08, che si trova tra noi ed Earendel. La massa dell’ammasso di galassie deforma il tessuto dello spazio, creando una potente lente d’ingrandimento naturale (effetto lente gravitazionale), che distorce e amplifica notevolmente la luce proveniente da oggetti distanti dietro di essa.

Questa vista dettagliata evidenzia la posizione della stella Earendel lungo un’increspatura nello spazio-tempo (linea tratteggiata) che la ingrandisce e rende possibile il rilevamento della stella su una distanza così grande, quasi 13 miliardi di anni luce. Viene anche indicato un ammasso di stelle che si specchia su entrambi i lati della linea di ingrandimento. La distorsione e l’ingrandimento sono creati dalla massa di un enorme ammasso di galassie situato tra Hubble ed Earendel. La massa dell’ammasso di galassie è così grande che deforma il tessuto dello spazio, e guardare attraverso quello spazio è come guardare attraverso una lente d’ingrandimento: lungo il bordo del vetro o della lente, l’aspetto delle cose sull’altro lato è deformato come oltre che ingrandito. Credits: Science: NASA, ESA, Brian Welch (JHU), Dan Coe (STScI); Image processing: NASA, ESA, Alyssa Pagan (STScI)

Uno zoom naturale

Grazie al raro allineamento con l’ammasso di galassie ingrandito, Earendel appare direttamente o estremamente vicina ad una increspatura nel tessuto dello spazio. Questa ondulazione, definita in ottica “caustica“, fornisce il massimo ingrandimento e schiarimento. L’effetto è analogo alla superficie increspata di una piscina che crea motivi di luce brillante sul suo fondo in una giornata di sole. Le increspature sulla superficie fungono da lenti, che concentrano la luce solare sulla massima luminosità sul fondo della piscina. La caustica fa emergere Earendel dal bagliore generale della sua galassia natale. La sua luminosità è ingrandita mille volte o più. Gli astronomi non sono ancora in grado di determinare se si tratta di una stella binaria, nonostante la maggior parte delle stelle massicce abbia almeno una stella compagna più piccola.

Conferma con il telescopio James Webb

Gli studiosi e i ricercatori si aspettano che Earendel rimarrà molto ingrandito per gli anni a venire. Sarà, inoltre, osservato dal telescopio spaziale James Webb della NASA. La sua elevata sensibilità alla luce infrarossa è necessaria per saperne di più. Infatti, la sua luce è allungata (spostata verso il rosso) a lunghezze d’onda infrarosse più lunghe a causa dell’espansione dell’Universo. “Con Webb ci aspettiamo di confermare che Earendel è davvero una stella, oltre a misurarne la luminosità e la temperatura”, ha affermato Coe. Questi dettagli ne restringeranno il tipo e lo stadio nel ciclo di vita stellare.Ci aspettiamo anche di scoprire che la galassia Sunrise Arc è priva di elementi pesanti che si formano nelle generazioni successive di stelle. Ciò suggerirebbe che Earendel è una stella rara e massiccia povera di metalli“.

Perché è così importante?

La composizione di Earendel sarà di grande interesse per gli astronomi, perché si è formata prima che l’Universo fosse riempito con gli elementi pesanti prodotti dalle successive generazioni di stelle massicce. Se studi di follow-up scoprissero che Earendel è composto solo da idrogeno ed elio primordiali, sarebbe la prima prova per le leggendarie stelle di Popolazione III. Esse si ipotiza che siano le primissime stelle nate dopo il big bang. Sebbene la probabilità sia piccola, Welch ammette che: “Con Webb, potremo vedere stelle anche più lontane di Earendel, il che sarebbe incredibilmente eccitante. Andremo il più indietro possibile. Mi piacerebbe vedere Webb battere il record di distanza di Earendel“.

Nonostante appaia surreale, uno dei modi migliori per studiare il futuro del nostro Universo è apprenderne il passato e, grazie a queste stelle, è possibile farlo.

Gabriele Galletta

 

Fonte: Nasa

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