Tempeste cosmiche hanno plasmato le prime stelle dell’universo

Nuove simulazioni rivelano che violente turbolenze all’interno degli aloni primordiali di materia oscura frammentarono le prime nubi formative stellari dell’Universo.

 

 

Solo poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang, l’Universo era un luogo oscuro e semplice. Non c’erano galassie come la Via Lattea, né pianeti, né elementi pesanti come carbonio o ossigeno.

Invece, vaste nuvole di idrogeno e elio primordiali fluttuavano nello spazio, cadendo lentamente in bozzoli invisibili di materia oscura noti come “minihalos”. All’interno di queste aureole nacquero le primissime stelle — chiamate stelle della Popolazione III —

Per decenni, gli astronomi hanno creduto che queste prime stelle si fossero formate in ambienti relativamente calmi e si fossero trasformate in oggetti enormi centinaia di volte più massici del Sole.

Ma uno studio rivoluzionario guidato dal dottor Ke-Jung Chen presso l’Istituto di Astronomia e Astrofisica dell’Academia Sinica dipinge un quadro molto più caotico dell’Universo neonato.

Utilizzando simulazioni cosmologiche ad altissima risoluzione, il team di Chen scoprì che il gas primordiale all’interno delle prime aureole di materia oscura era tutt’altro che silenzioso.

Invece, il gas veniva mosso in violente turbolenza supersonica — tempeste cosmiche che si muovevano più velocemente della velocità del suono.

Questi flussi turbolenti frammentarono il gas in molti ammassamenti densi, cambiando drasticamente le condizioni in cui si formarono le prime stelle. I risultati sono stati pubblicati nell’ultimo numero di The Astrophysical Journal.

Le simulazioni hanno seguito l’evoluzione di 15 minialoni primordiali formati circa 13 miliardi di anni fa, quando l’Universo aveva meno di 300 milioni di anni.

Per catturare queste piccole strutture con dettagli senza precedenti, i ricercatori hanno aumentato la risoluzione delle grandi simulazioni cosmologiche di un fattore 100.000, permettendo loro di tracciare i movimenti turbolenti dei gas fino a scale inferiori a un anno luce.

I risultati rivelano che il gas che entra nei pozzi gravitazionali degli aloni di materia oscura genera naturalmente turbolenza.

Quando molteplici flussi di gas collidono vicino ai centri dell’alo, creano movimenti vorticosi e caotici con numeri di Mach tra 2 e 5 — il che significa che il gas si muoveva diverse volte più velocemente della velocità locale del suono. In alcune regioni, la turbolenza supersonica divenne ancora più estrema.

Invece di collassare dolcemente in una singola stella gigante, il gas turbolento si è frammentato in molteplici grumi densi.

Alcuni di questi gruppi contenevano solo poche masse solari, mentre altri raggiungevano decine di masse solari prima di collassare sotto la propria gravità. Questo suggerisce che le prime stelle potrebbero essere state più piccole e diversificate di quanto si pensasse in precedenza.

Queste scoperte potrebbero aiutare a spiegare misteri di lunga data nell’astronomia. Antiche stelle “fossili” osservate oggi nella Via Lattea conservano le impronte chimiche delle prime esplosioni di supernova.

Sorprendentemente, molte di queste firme implicano che le prime stelle fossero meno massicce di quanto le teorie più vecchie avessero previsto.

La frammentazione appena scoperta causata dalla turbolenza offre una spiegazione naturale per questa discrepanza.

Lo studio ha anche importanti implicazioni per le osservazioni moderne con il James Webb Space Telescope.

Sebbene le singole prime stelle siano troppo deboli e distanti per essere rilevate direttamente, le loro masse influenzano fortemente l’evoluzione delle prime galassie e l’arricchimento chimico dell’Universo primordiale.

Comprendere come si sono formate queste stelle primordiali è quindi essenziale per interpretare le osservazioni dell’alba cosmica.

In sostanza, la ricerca suggerisce che i primi vivai stellari dell’Universo non erano culle serene, ma ambienti turbolenti pieni di potenti scosse e movimenti gassosi caotici.

Queste tempeste cosmiche primordiali potrebbero aver avuto un ruolo decisivo nel plasmare la primissima generazione di stelle — e infine le galassie, i pianeti e la vita che ne seguirono.