Gli astronomi hanno rilevato la presenza di carbonio in una galassia appena 350 milioni di anni dopo il Big Bang, il primo rilevamento di un elemento nell’universo diverso dall’idrogeno.
Utilizzando il James Webb Space Telescope (JWST), un team internazionale di astronomi guidato dall’Università di Cambridge ha osservato una galassia molto giovane nell’universo primordiale e ha scoperto che conteneva quantità sorprendenti di carbonio, uno dei semi della vita come la conosciamo.
In astronomia, gli elementi più pesanti dell’idrogeno o dell’elio sono classificati come metalli. L’universo primordiale era quasi interamente composto da idrogeno, il più semplice degli elementi, con piccole quantità di elio e minime quantità di litio.
Ogni altro elemento che compone l’universo che osserviamo oggi si è formato all’interno di una stella. Quando le stelle esplodono come supernove, gli elementi che producono circolano in tutta la galassia che le ospita, seminando la successiva generazione di stelle. Con ogni nuova generazione di stelle e di “polvere di stelle”, si formano altri metalli e, dopo miliardi di anni, l’universo si evolve fino al punto in cui può sostenere pianeti rocciosi come la Terra e la vita come la nostra.
La capacità di tracciare l’origine e l’evoluzione dei metalli ci aiuterà a capire come siamo passati da un universo fatto quasi interamente di due soli elementi chimici all’incredibile complessità che vediamo oggi.
“Le primissime stelle sono il Santo Graal dell’evoluzione chimica”, ha dichiarato l’autore principale, il dottor Francesco D’Eugenio, del Kavli Institute for Cosmology di Cambridge. “Essendo costituite solo da elementi primordiali, si comportano in modo molto diverso dalle stelle moderne. Studiando come e quando si sono formati i primi metalli all’interno delle stelle, possiamo stabilire un arco temporale per i primi passi del percorso che ha portato alla formazione della vita“.
Il carbonio è un elemento fondamentale nell’evoluzione dell’universo, in quanto può formarsi in grani di polvere che si raggruppano, dando origine ai primi planetesimi e ai primi pianeti. Il carbonio è anche fondamentale per la formazione della vita sulla Terra.
“Le ricerche precedenti suggerivano che il carbonio avesse iniziato a formarsi in grandi quantità relativamente tardi, circa un miliardo di anni dopo il Big Bang”, ha dichiarato il coautore, il professor Roberto Maiolino, anch’egli del Kavli Institute. “Ma abbiamo scoperto che il carbonio si è formato molto prima: potrebbe addirittura essere il metallo più antico di tutti”.
Il team ha utilizzato il JWST per osservare una galassia molto distante, una delle più distanti finora osservate, appena 350 milioni di anni dopo il Big Bang, più di 13 miliardi di anni fa. Questa galassia è compatta e di bassa massa, circa 100.000 volte meno massiccia della Via Lattea.
“Quando la osserviamo è solo un embrione di galassia, ma potrebbe evolvere in qualcosa di molto grande, delle dimensioni della Via Lattea”, ha detto D’Eugenio.
“Ma per essere una galassia così giovane, è piuttosto massiccia”.I ricercatori hanno utilizzato lo spettrografo nel vicino infrarosso di Webb (NIRSpec) per scomporre la luce proveniente dalla giovane galassia in uno spettro di colori.Elementi diversi lasciano impronte chimiche diverse nello spettro della galassia, permettendo al team di determinare la sua composizione chimica.
L’analisi di questo spettro ha mostrato un’individuazione sicura del carbonio, e tentativi di individuazione dell’ossigeno e del neon, anche se saranno necessarie ulteriori osservazioni per confermare la presenza di questi altri elementi.
“Siamo stati sorpresi di vedere il carbonio così presto nell’universo, poiché si pensava che le prime stelle producessero molto più ossigeno che carbonio”, ha detto Maiolino. “Avevamo pensato che il carbonio si fosse arricchito molto più tardi, attraverso processi completamente diversi, ma il fatto che appaia così presto ci dice che le primissime stelle potrebbero aver operato in modo molto diverso”.
Secondo alcuni modelli, quando le prime stelle sono esplose come supernove, potrebbero aver rilasciato meno energia di quanto inizialmente previsto. In questo caso, il carbonio, che si trovava nel guscio esterno delle stelle ed era meno legato alla gravitazione rispetto all’ossigeno, avrebbe potuto fuoriuscire più facilmente e diffondersi nella galassia, mentre una grande quantità di ossigeno sarebbe ricaduta e collassata in un buco nero.
“Queste osservazioni ci dicono che il carbonio può arricchirsi rapidamente nell’universo primordiale”, ha detto D’Eugenio. “E poiché il carbonio è fondamentale per la vita come la conosciamo, non è detto che la vita si sia evoluta molto più tardi nell’universo. Forse la vita è emersa molto prima, anche se se c’è vita altrove nell’universo, potrebbe essersi evoluta in modo molto diverso da come si è sviluppata qui sulla Terra“.
I risultati sono stati accettati per la pubblicazione sulla rivista Astronomy & Astrophysics e si basano sui dati ottenuti nell’ambito della JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES).
Il documento è attualmente disponibile sul server di preprint arXiv.
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