Ci sono due modi principali per stimare l’età del l’Universo: determinare l’età delle stelle più vecchie ed estrapolare il tasso di espansione dell’Universo all’indietro fino al Big Bang

Determinare l’età dell’universo è una delle sfide più importanti in astrofisica, in parte a causa dell’impatto che ha sui nostri modelli di evoluzione dell’Universo, ma cio` rappresenta anche un argomento di profondo interesse che fa appello a tutti gli astrofisici. Andiamo sulle tracce del Big Bang.

Advertisement
Advertisement

Ci sono due modi principali in cui l’età del l’universo può essere stimata: 1) Per trovarne il limite inferiore si può determinare l’età delle stelle più vecchie tra quelle note, dato che chiaramente l’Universo deve essere più vecchio di esse… oppure 2) L’età delll’ universo può anche essere stimata direttamente dalle misure del tasso di espansione dell’universo ed estrapolando all’indietro fino al Big Bang. In questo modo si ottiene il valore attualmente accettato di 13.799 ± 0.021 miliardi di anni.

Advertisement

Alla ricerca delle prime stelle

Le stelle più antiche che abbiamo mai trovato sono chiamate “stelle di popolazione II”, che sono molto vecchie ed estremamente povere di metalli (dove per “metalli”, in astronomia, intendiamo ogni elemento chimico con numero atomico maggiore dell’elio)nella loro composizione. Le prime stelle di sempre sono state, invece, le “stelle di popolazione III“. Questa categoria raccoglie stelle ancora più vecchie, le quali pero` rimangono attualmente ancora ipotetiche, non essendo mai state ancora osservate. Esse si sarebbero formate direttamente dagli elementi chimici prodotti durante la nucleosintesi primordiale del Big Bang (ovvero i piu` leggeri, idrogeno, elio e una minima parte di litio). Di conseguenza, la loro composizione risulterebbe essenzialmente priva di metalli. Osservare una di queste stelle ci darebbe un sguardo importante alle condizioni dei primi anni universo, oltre all’interesse nell’osservare le stelle che per prime iniziarono la sintesidegli elementi piu` pesanti di idrogeno, elio e litio di cui gia` vediamo tracce nella popolazione II.

Advertisement
Una delle stelle più vecchie conosciute, HD 140283. Credit:Digitized Sky Survey (DSS), STScI/AURA, Palomar/Caltech, and UKSTU/AAO

Un modo per trovare queste antiche stelle è cercare quelle con una quantità incredibilmente bassa di metalli. Ci sono molte teorie sul motivo per cui non abbiamo ancora mai osservato una di queste stelle. Una di esse suggerisce che i metalli, che queste stelle avrebbero prodotto in fasi avanzate della loro evoluzione, siano poi stati portati in superficie per convezione, facendo poi quindi passare erroneamente le stelle in questione come di popolazione II invece che di popolazione III. La seconda teoria, più popolare, dice invece che le prime stelle erano in generale estremamente massicce, centinaia di volte la massa del Sole. Alcuni studi addirittura teorizzano di stelle supermassicce con masse superiori a 10.000 volte quella del Sole! Stelle con le masse cosi` elevate hanno vite molto più brevi e tutte queste stelle sarebbero morte molto tempo fa. Vi sarebbero potute essere anche stelle di massa piu` piccola,e quindi piu` longeve, ma in questo caso anche la loro luminosita` sarebbe piu` bassa, cosa che le renderebbe, di nuovo, difficilissime da scovare.

Advertisement

Il ruolo dei grandi telescopi del futuro sulle tracce del Big Bang

Data la grande difficolta` nel trovare una di queste stelle di primissima generazione, l’osservazione delle stelle comunque molto vecchie di popolazione II diventa ancora più importante in quanto ci permette di ricostruire la storia dell’universo. Ma anche in questo caso si ripropone il problema della luminosita`. Per essere sopravvissute così a lungo devono essere relativamente piccole, con una massa inferiore a quella del Sole, fatto che le rende meno brillanti di molte altre stelle che possiamo vedere in cielo. Questo rende i miglioramenti e la costruzione di nuovi telescopi di vitale importanza nella ricerca di stelle sempre più vecchie (ancora piu` di quelle che comunque siamo gia` riusciti ad osservare, al contrario delle stelle di popolazione III).

L’ “European Extremely Large Telescope (E-ELT)” è uno di questi nuovi telescopi e sara` il più grande al mondo una volta completato. Con una dimensione dello specchio principale di 39 metri, sarà in grado di raccogliere 217 volte più luce del telescopio spaziale Hubble e la cupola che sarà ospitata sarà di a dimensioni comparabili a uno stadio di calcio! Questi grandi specchi gli permetteranno di vedere più chiaramente oggetti molto deboli, come le stelle più piccole e lontane… o anche gli esopianeti. Una volta trovate, queste stelle dovranno essere datate. Come accennato in precedenza dovrebbero anche essere poverissime di metalli, ma se non altro l’eventuale presenza di alcuni di questi elementi pesanti potrebbe rendere piu` semplici alcune tecniche di misurazione dell’età. Una di queste e` la datazione radiometrica, la quale funziona calcolando attraverso la spettroscopia l’abbondanza relativa di nuclei radioattivi e dei loro nuclei “figli”, ovvero generati dal loro stesso decadimento (qualcosa di simile all’utilizzo del carbonio-14 nella datazione dei reperti archeologici). Tutto cio` e spesso di enorme aiuto, anche se non e` cosi` raro che la presenza di questi preziosi elementi radiotattivi sulla superfice stellare sia oscurata e nascosta da altri elementi pesanti piu` abbondanti, motivo per cui questa tecnica offre il meglio su stelle povere di metalli.

È comunque impossibile arrivare a conoscere le abbondanze esatte di tutti glli elementi, in particolare per il fatto che spesso, per risalire ai rapporti delle abbondanze originarie, vanno necessariamente fatte delle assunzioni (come l’uso la composizione originaria del nostro sistema solare), inserendo quindi nel quadro delle incertezze sistematiche da non sottovalutare. D’altro canto raccogliere sempre più dati su queste vecchissime stelle potrebbe migliorare queste stime dal punto di vista statistico, dandoci una migliore idea degli elementi presenti nell’Universo nel periodo remoto in cui si sono formate.

In sintesi…

Trovare e datare stelle molto vecchie di popolazione II è un passo importante nel dare un limite inferiore all’età dell’Universo, come pure capirne le condizioni subito dopo il Big Bang. E` inoltre pressoche` sicuro che i nuovi grandi telescopi in fase di costruzione potranno permetterci di vedere meglio le stelle più deboli, più vecchie e piu` lontane, con tutte le sorprese e scoperte che con esse verranno.

Fonti:

  • HAEMMERLE, L. et al. The evolution of supermassive Population III stars. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, v. 474, n. 2, p. 2757-2773, Feb 2018. ISSN 0035-8711.
  • DAUPHUS, N. The U/Th production ratio and the age of the Milky Way from meteorites and Galactic halo stars. nature, v. 435, p. 1203-1205, 2005.
  • SNEDEN, C. et al. The extremely metal-poor, neutron capture-rich star CS 22892-052: A comprehensive abundance analysis. Astrophysical Journal, v. 591, n. 2, p. 936-953, Jul 2003. ISSN 0004-637X.

Nel suo piccolo, Passione Astronomia ti aiuta a capire come funziona l’universo. E l’universo funziona meglio se le persone che ne fanno parte sono bene informate: se hanno letto sciocchezze, bugie, veleni, poi va a finire come va a finire. Già ora non è che vada benissimo. Ecco perché è importante che qualcuno spieghi le cose bene. Passione Astronomia fa del suo meglio. Abbonati!