Simulazione dell'esplosione di una delle prime supernove. Le linee grigie sullo sfondo sono strutture cosmiche di materia oscura. Credito: Asia/Ki-Jung Chen
Utilizzando modelli 3D avanzati, gli astronomi hanno scoperto che le proprietà delle prime galassie nell'universo erano in gran parte determinate dalle masse delle prime stelle. Qi-Jong Chen (Istituto di Astronomia e Astrofisica, Academia Sinica) e il suo team hanno studiato la cosiddetta “alba cosmica”, il periodo compreso tra 200 e 400 milioni di anni dopo il Big Bang, quando si formarono le prime stelle, una terza popolazione chiamata stelle. La radiazione di quelle stelle ha lentamente ma inesorabilmente posto fine all’età oscura dell’universo, quando non esistevano più fonti di luce, un periodo iniziato 380.000 anni dopo il Big Bang. Il noto modello ΛCDM dell'universo presuppone l'esistenza della materia oscura fredda (CDM), e una teoria basata su questo afferma che nell'universo primordiale c'erano piccoli aloni di materia oscura, che pesavano fino a un milione di masse solari. In seguito a questi piccoli aloni si formarono le prime stelle, che erano molto pesanti ed esplosero come supernove dopo una vita breve ma intensa. Ma le prime stelle non significano necessariamente le prime galassie, quindi la domanda per Chen e il suo gruppo era quale fosse esattamente la connessione tra le prime stelle e le prime galassie.
Credito: Asia/Ki-Jung Chen
Ciò che è importante nel processo di formazione delle prime galassie è che c'è un ciclo di formazione delle stelle, che si sviluppano nel tempo e poi si formano nuove stelle, e così via. Per un ciclo del genere, sembra che gli aloni di materia oscura debbano avere una massa pari a un miliardo di masse solari. La formazione stellare può quindi iniziare senza perdere la fornitura di gas freddo nel mezzo intergalattico. Oltre alla materia oscura, anche il gas stesso gioca un ruolo importante. L'interazione tra le prime stelle e il gas circostante (il cosiddetto “feedback” di quelle stelle) era complessa, sia dal punto di vista chimico (le stelle terziarie furono le prime fornitrici di elementi pesanti) che dal punto di vista “meccanico”. . Per avere una buona immagine di tutto questo, Chen e il suo team hanno eseguito simulazioni radioidrodinamiche 3D molto dettagliate sui computer. Ciò ha dimostrato che le proprietà fisiche delle prime galassie erano determinate dalla massa delle prime stelle. Le supernovae provenienti da protostelle massicce producono più metallo, influenzando il gas primordiale raffreddandolo e consentendo la formazione di stelle di piccola massa. Di seguito puoi vedere parti di quella simulazione.
Credito: Asia/Meng Yuan Hu
Queste galassie primordiali non avevano bracci a spirale come le ha oggi la Via Lattea, ma avevano una forma irregolare. Presumibilmente non ruotavano neanche loro. Dopo la prima azione delle stelle “Pop III”, nelle regioni centrali delle galassie possono formarsi da poche centinaia a diverse migliaia di stelle di seconda generazione, le stelle Pop II. Vogliono studiare le prime galassie utilizzando telescopi come Webb.
Puoi leggere di più su questa ricerca nell'articolo professionale di Ke-Jung Chen et al, Come il terzo gruppo di supernove determinò le proprietà delle prime galassie, Giornale astrofisico (2024).
fonte: Phys.org.
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