Entro le prime centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang, le prime stelle dell’universo iniziarono a formarsi da nubi di idrogeno ed elio. Tuttavia, le osservazioni del Telescopio spaziale James Webb (JWST) hanno rivelato oggetti nell’universo primordiale che sono sorprendentemente luminosi, sfidando i modelli convenzionali di evoluzione stellare e formazione del buco nero. Un recente studio condotto da ricercatori della Colgate University e dell’Università del Texas ad Austin, riporta l’identificazione di quattro oggetti estremamente distanti le cui proprietà sono coerenti con un nuovo tipo teorico di stella. La ricerca, pubblicata su Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienzesuggerisce che queste potrebbero essere le prime “stelle oscure” osservate: oggetti stellari giganti alimentati non dalla fusione nucleare, ma dall’annientamento della materia oscura.
Una nuova teoria dell’evoluzione stellare
La teoria delle stelle oscure, originariamente sviluppata da Katherine Freese e collaboratori in un articolo del 2008, fornisce una potenziale spiegazione per questi insoliti oggetti cosmici. Secondo la teoria, stelle oscure sono vaste nubi “gonfie” composte principalmente da idrogeno ed elio. A differenza delle stelle normali, che sono sostenute contro il collasso gravitazionale dalla pressione esterna della fusione nucleare nei loro nuclei, le stelle oscure sono alimentate da un meccanismo diverso. Sono riscaldati dall’annientamento delle particelle di materia oscura al loro interno. È opinione diffusa che la materia oscura sia costituita da un nuovo tipo di particelle, tra le quali le WIMP (particelle massicce a interazione debole) sono le principali candidate. Quando queste particelle si scontrano, si annichilano a vicenda, depositando una piccola ma sufficiente quantità di calore nella nube di gas che collassa. Questo processo impedisce alla nube di diventare abbastanza densa da avviare la fusione, permettendole invece di crescere fino a diventare un oggetto estremamente luminoso e supermassiccio. Le condizioni per la formazione delle stelle oscure sarebbero state ideali nei densi aloni di materia oscura dell’universo primordiale.
Analisi degli oggetti candidati dal telescopio spaziale James Webb
Utilizzando i dati di JWST Sondaggio extragalattico profondo avanzato (JADES)il gruppo di ricerca ha identificato quattro oggetti candidati a distanze estreme. Vengono nominati i candidati GIADE-GS-z14-0, GIADE-GS-z14-1, GIADE-GS-13-0E GIADE-GS-z11-0. Il team ha analizzato sia la morfologia che gli spettri di questi oggetti utilizzando gli strumenti NIRCam e NIRSpec del telescopio. L’analisi ha mostrato che ciascuno dei quattro oggetti è coerente con l’interpretazione della stella oscura supermassiccia. Morfologicamente, GIADE-GS-z14-1 è irrisolto, nel senso che appare come una sorgente puntiforme, che è ciò che ci si aspetterebbe da una singola stella molto distante. Gli altri tre oggetti sono estremamente compatti. La prova più convincente viene dallo spettro di GIADE-GS-z14-0che mostra segni di una potenziale firma della “pistola fumante” per una stella oscura. I ricercatori hanno riscontrato un calo nello spettro coerente con una caratteristica di assorbimento degli ioni di elio 1640 Å. Si prevede che questa caratteristica specifica esista nelle atmosfere delle stelle oscure a causa delle grandi quantità di elio ionizzato singolarmente. Tuttavia, i ricercatori notano che il rapporto segnale-rumore di questa funzione è relativamente basso, approssimativamente S/N ~2il che significa che la scoperta è ancora provvisoria. I dati dell’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hanno rivelato anche la presenza di ossigeno per lo stesso oggetto, il che suggerisce che potrebbe non trattarsi di una stella primordiale isolata ma di una stella incorporata in un ambiente ricco di metalli, probabilmente come risultato di una fusione. L’identificazione di stelle oscure supermassicce potrebbe aiutare a risolvere due grandi enigmi in astronomia: perché JWST sta trovando galassie così luminose nell’universo primordiale e come i buchi neri supermassicci visti che alimentano quasar distanti si sono formati così rapidamente.
