Il telescopio Hubble ha rilevato la stella più lontana mai osservata

Quando il famoso scrittore britannico John Ronald Reuel Tolkien, meglio conosciuto come J.R.R. Tolkien, scrisse nell'estate del 1914 Il viaggio di Eärendel, la stella della sera, nella fattoria di sua zia in Inghilterra, non ha mai pensato che più di 100 anni dopo, che ha creato il nome sarebbe stata designata per la stella più lontana mai scoperta dall'umanità.

Il telescopio spaziale Hubble della NASA ha stabilito un nuovo straordinario punto di riferimento: rilevare la luce di una stella che esisteva nel primo miliardo di anni dopo la nascita dell'universo nel Big Bang, rendendola la stella singola più lontana mai vista fino ad oggi.

La scoperta è un grande balzo più indietro nel tempo rispetto al precedente record a stella singola; questo è stato notato da Hubble nel 2018. Quella stella esisteva quando l'universo aveva circa 4 miliardi di anni, o il 30% della sua età attuale, in un momento in cui gli astronomi chiamano «1.5 redshift». Gli scienziati usano il termine «redshift» perché man mano che l'universo si espande, la luce proveniente da oggetti distanti si allunga o «si sposta» verso lunghezze d'onda più lunghe e rosse mentre viaggia verso di noi.

La stella appena rilevata è così lontana che la sua luce ha impiegato 12,9 miliardi di anni per raggiungere la Terra, e ci sembra come quando l'universo aveva solo il 7% della sua età attuale, con uno spostamento verso il rosso di 6,2. Gli oggetti più piccoli visti prima a una distanza così grande sono ammassi di stelle all'interno di galassie primitive.

«All'inizio non ci credevamo quasi: era molto più lontano della precedente stella redshift più lontana», ha detto l'astronomo Brian Welch della Johns Hopkins University di Baltimora, autore principale dell'articolo che descrive la scoperta, pubblicato su 30 marzo sulla rivista Nature. La scoperta è stata fatta dai dati raccolti durante il programma Hubble Gravitational Lens Reionization Study (RELICS), guidato dal coautore Dan Coe presso lo Space Telescope Science Institute, sempre a Baltimora.

«Normalmente, a queste distanze, intere galassie vedono piccoli punti, dove la luce di milioni di stelle si mescola», ha detto Welch. «La galassia che ospita questa stella è stata ingrandita e distorta dalle lenti gravitazionali in una lunga mezzaluna che chiamiamo Arco dell'Alba». Dopo aver studiato la galassia in dettaglio, Welch prolunga che uno degli elementi è una stella estremamente ingrandita che ha chiamato Earendel, che significa «stella del mattino» in inglese antico. La scoperta promette di aprire un'era inesplorata di primissima formazione stellare.

«Earendel esisteva così tanto tempo fa che potrebbe non avere tutte le stesse materie prime delle stelle che ci circondano oggi», ha spiegato Welch. «Studiare Earendel sarà una finestra su un'era dell'universo con cui non siamo conosciuti, ma che ha portato a tutto ciò che conosciamo. È come se stessimo leggendo un libro molto interessante, ma iniziamo con il secondo capitolo e ora avremo la possibilità di vedere come è iniziato tutto», ha detto Welch.

Quando le stelle si allineano

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

Grazie al raro allineamento con l'ammasso di galassie che funge da lente d'ingrandimento, la stella Earrendel appare direttamente su un'increspatura nel tessuto dello spazio, o molto vicino ad essa. Questa ondulazione, definita in ottica come «caustica», fornisce il massimo ingrandimento e luminosità. L'effetto è analogo alla superficie ondulata di una piscina che crea motivi di luce intensa sul fondo della piscina in una giornata di sole. Le increspature sulla superficie agiscono come lenti e focalizzano la luce solare alla massima luminosità sul fondo della piscina.

Questa sostanza caustica fa risaltare la stella di Earendel dal bagliore generale della sua galassia natale. La sua luminosità viene ingrandita mille volte o più. A questo punto, gli astronomi non sono in grado di determinare se Earendel sia una stella binaria, sebbene la maggior parte delle stelle massicce abbia almeno una stella compagna più piccola.

Conferma con Webb

Gli astronomi si aspettano che Earendel rimanga molto ingrandito per gli anni a venire. Sarà osservato dal James Webb Space Telescope della NASA. L'elevata sensibilità del Webb alla luce infrarossa è necessaria per saperne di più su Earendel, perché la sua luce si allunga (si sposta in rosso) a lunghezze d'onda infrarosse più lunghe a causa dell'espansione dell'universo.

«Con Webb speriamo di confermare che Earendel è davvero una stella, oltre a misurarne la luminosità e la temperatura», ha affermato Coe. Questi restringeranno la ricerca sul suo tipo e sul suo stadio nel ciclo di vita stellare. «Speriamo anche di scoprire che all'Arco dell'Alba mancano gli elementi pesanti che si formano nelle generazioni successive di stelle. Questo suggerisce che Earendel è una stella rara, massiccia, povera di metalli», ha detto Coe.

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 generazioni successive di stelle massicce. Se studi di follow-up scoprono che Earendel è composto esclusivamente da idrogeno primordiale ed elio, sarebbe la prima prova delle leggendarie stelle di Population III, che dovrebbero essere le prime stelle nate dopo il Big Bang. Sebbene la probabilità sia piccola, Welch ammette di essere comunque allettante.

«Con Webb, possiamo vedere stelle anche più lontane di Earendel, il che sarebbe incredibilmente eccitante», ha detto Welch. «Torneremo il più indietro possibile. Mi piacerebbe vedere Webb battere il record di distanza di Earendel».

Questa storica scoperta è stata fatta da un team internazionale di ricercatori guidato da Brian Welch, uno scienziato della Johns Hopkins University negli Stati Uniti, e a cui ha partecipato anche José María Diego.

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