Da quando gli astronomi si sono resi conto che l'Universo è in uno stato di espansione costante e che una massiccia esplosione probabilmente l'ha iniziato tutto 13,8 miliardi di anni fa (il Big Bang), ci sono state domande irrisolte su quando e come si sono formate le prime stelle. Sulla base dei dati raccolti dalla Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) della NASA e missioni simili, si ritiene che ciò avvenga circa 100 milioni di anni dopo il Big Bang.
Gran parte dei dettagli di come ha funzionato questo complesso processo è rimasto un mistero. Tuttavia, nuove prove raccolte da un team guidato da ricercatori del Max Planck Institute for Astronomy indicano che le prime stelle devono essersi formate piuttosto rapidamente. Utilizzando i dati dei telescopi Magellan dell'Osservatorio di Las Campanas, il team ha osservato una nuvola di gas in cui la formazione stellare stava avvenendo a soli 850 milioni di anni dopo il Big Bang.
Lo studio che ha descritto i loro risultati, che è apparso di recente nel Diario astrofisico, era guidato da Eduardo Bañados. All'epoca membro della Carnegie Institution for Science, Banados e i suoi colleghi osservarono la nuvola di gas mentre conducevano osservazioni di follow-up su un sondaggio di 15 dei quasar più distanti conosciuti.
Questo sondaggio è stato preparato da Chiara Mazzucchelli, astronoma presso l'Osservatorio europeo meridionale (ESO) e coautrice dello studio, nell'ambito del suo dottorato di ricerca. ricerca presso il Max Planck Institute for Astronomy. Durante l'esame degli spettri di un quasar in particolare (P183 + 05), hanno notato che aveva alcune caratteristiche piuttosto peculiari.
Usando i telescopi Magellan da 6,5 m della Carnegie Institution presso l'Osservatorio di Las Campanas in Cile, Banados e i suoi colleghi hanno riconosciuto le caratteristiche spettrali per quello che erano: una nuvola di gas vicina che veniva illuminata dal quasar. Gli spettri hanno anche detto loro quanto fosse lontana la nuvola di gas dalla Terra - a oltre 13 miliardi di anni luce di distanza - rendendola una delle più distanti da essere mai osservate e identificate dagli astronomi.
Inoltre, hanno trovato spettri che indicavano la presenza di tracce di elementi come carbonio, ossigeno, ferro e magnesio - chimicamente designati come "metalli" poiché sono più pesanti dell'elio. Tali elementi furono creati durante il primo Universo quando le prime generazioni di stelle (alias "popolazione III") li liberarono nel cosmo dopo aver raggiunto la fine della loro vita ed esplose come supernovae.
Come ha affermato Michael Rauch, astronomo della Carnegie Institution of Science e coautore del nuovo studio:
"Dopo essere stati convinti che [stessimo] osservando tale gas incontaminato solo 850 milioni di anni dopo il Big Bang, abbiamo iniziato a chiederci se questo sistema potesse ancora conservare le firme chimiche prodotte dalla primissima generazione di stelle".
Trovare la prima generazione di stelle è stato a lungo l'obiettivo degli astronomi poiché consentirebbe una comprensione più completa della storia dell'Universo. Col passare del tempo, gli elementi più pesanti dell'idrogeno hanno svolto un ruolo chiave nella formazione delle stelle, in cui la materia si aggrega a causa della reciproca attrazione e quindi subisce un collasso gravitazionale.
Poiché si ritiene che esistessero solo idrogeno ed elio nell'universo dopo il Big Bang, la prima generazione di stelle non aveva questi elementi chimici, il che li rende distinti da ogni generazione successiva. È stato quindi sorprendente notare un'abbondanza relativa di questi elementi in una nuvola di gas così precoce, che era in realtà paragonabile a ciò che gli astronomi vedono oggi nelle nuvole di gas intergalattiche.
Queste osservazioni rappresentano una grande sfida per le teorie convenzionali su come si sono formate le prime stelle nel nostro Universo. In sostanza, indica che la formazione stellare deve essere iniziata molto prima per produrre questi elementi chimici. Sulla base di studi condotti su supernovae di tipo Ia, si stima che le esplosioni necessarie per produrre questi metalli con l'abbondanza osservata richiederebbero circa 1 miliardo di anni.
In breve, gli scienziati potrebbero essere stati fuori da una generazione circa quando nacquero le prime stelle, il che implica che potrebbero essercene state alcune in giro durante i primi eoni dell'Universo. Ciò significa effettivamente che le prime stelle avrebbero dovuto formarsi piuttosto rapidamente dalla zuppa primordiale di idrogeno ed elio che era l'Universo primordiale. Questa scoperta potrebbe avere serie implicazioni per le teorie sull'evoluzione cosmica.
Come ha detto Bañados, l'obiettivo ora è di confermarlo trovando ulteriori nuvole di gas con abbondanze chimiche simili:
“È emozionante poter misurare la metallicità e le abbondanze chimiche così presto nella storia dell'universo, ma se vogliamo identificare le firme delle prime stelle dobbiamo sondare anche prima nella storia cosmica. Sono ottimista sul fatto che troveremo nuvole di gas ancora più distanti, il che potrebbe aiutarci a capire come sono nate le prime stelle. "
La relatività ci dice che spazio e tempo sono due espressioni della stessa realtà. Ergo, guardando più lontano nell'Universo, stiamo anche guardando più indietro nel tempo. In tal modo, gli astronomi sono stati in grado di adattare i loro modelli e idee cosmologici su come e quando tutto è iniziato. Sapendo che le prime stelle nell'Universo avrebbero potuto far risalire le loro origini a un tempo ancora più antico; bene, questa è solo una parte della curva di apprendimento!
