Astronomia: il James Webb Space Telescope della NASA potrebbe individuare le prime stelle e i primi buchi neri dell’universo

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Le prime stelle nell’universo si sono accese circa 200-400 milioni di anni dopo il Big Bang. Osservare queste primissime stelle individuali ad una distanza così enorme normalmente sarebbe un’impresa per qualsiasi telescopio spaziale. Tuttavia, con le giuste condizioni e un pizzico di fortuna, il James Webb Space Telescope della NASA, che sarà lanciato a maggio 2020, sarà in grado di catturare la luce di singole stelle di quella prima generazione.

Rogier Windhorst, dell’Arizona State University, ha dichiarato: “Cercare le prime stelle e i primi buchi neri è stato a lungo un obiettivo dell’astronomia. Ci daranno informazioni sulle proprietà dell’universo primordiale, cose che finora abbiamo solo modellato al computer”. La chiave sarà cercare una stella la cui luce è stata distorta e amplificata dalla gravità di un ammasso di galassie intermedio. Ma non tutte le lenti gravitazionali lo faranno. Una normale lente gravitazionale può amplificare la luce di 10-20 volte, non abbastanza da rendere una stella della prima generazione visibile a Webb.

Ma se la stella distante e l’ammasso di galassie più vicino si allineano alla perfezione, la luce della stella può essere amplificata di 10.000 volte o oltre, portandola nel campo della rilevabilità. In questi casi, la luce della stella sarebbe enormemente amplificata per qualche mese grazie al movimento dell’ammasso nel cielo.

stella Icarus Hubble
Icarus Credits: NASA, ESA, e P. Kelly (University of Minnesota)

Le possibilità di un allineamento così preciso sono piccole, ma non zero. Gli astronomi hanno recentemente annunciato che Hubble ha rilevato una stella super-amplificata conosciuta come “Icarus”. Sebbene fosse la singola stella più lontana mai osservata, era molto più vicina delle stelle che Webb potrebbe localizzare. Con Webb, gli scienziati sperano di trovare l’esempio amplificato di una stella che si è formata dal mix primordiale di idrogeno ed elio dell’universo, che vengono chiamate stelle di popolazione III.

Oltre alle prime stelle, gli astronomi hanno analizzato anche la possibilità di osservare dischi di accrescimento intorno ai primi buchi neri. Un buco nero simile, formato dalla morte di una stella massiccia, potrebbe brillare se prelevasse gas da una stella compagna.

ammasso di galassiePiù un oggetto brilla a lungo, più probabilità ci sono che si allinei con una lente gravitazionale. Si prevede che le stelle di prima generazione siano state massicce e di vita breve, resistendo per pochi milioni di anni prima di esplodere come supernove. Al contrario, un buco nero che “spoglia” una stella compagna potrebbe brillare fino a 10 volte più a lungo, alimentandosi di un flusso costante di gas. Di conseguenza, Webb potrebbe rilevare più dischi di accrescimento di buchi neri che stelle primordiali.

Gli astronomi calcolano che un programma di osservazione che punta a diversi ammassi di galassie un paio di volte all’anno per tutta la vita di Webb potrebbe riuscire a trovare una stella o il disco di accrescimento di buchi neri primordiali amplificati. Sono già stati selezionati alcuni dei migliori ammassi, come El Gordo e gli ammassi del programma Frontier Fields.