Secondo un nuovo studio, le prime stelle del cosmo potrebbero aver raggiunto una massa pari a oltre 10.000 volte quella del sole, circa 1.000 volte più grande delle stelle più grandi oggi esistenti;
Oggi le stelle più grandi hanno 100 masse solari. Ma l'universo primordiale era un luogo molto più esotico, pieno di stelle megagiganti che vivevano velocemente e morivano molto, molto giovani, hanno scoperto i ricercatori.
E una volta che questi giganti condannati si sono estinti, non ci sono mai state le condizioni per una loro nuova formazione.
Il Medioevo cosmico
Più di 13 miliardi di anni fa, non molto tempo dopo il Big Bang, l'universo non aveva stelle. Non c'era altro che un caldo brodo di gas neutro, quasi interamente composto da idrogeno ed elio. Nel corso di centinaia di milioni di anni, tuttavia, quel gas neutro iniziò ad accumularsi in sfere di materia sempre più dense. Questo periodo è noto come "Medioevo cosmico".
Nell'universo moderno, dense sfere di materia collassano rapidamente per formare le stelle. Ma questo perché l'universo moderno ha qualcosa che mancava all'universo primordiale: molti elementi più pesanti dell'idrogeno e dell'elio. Questi elementi sono molto efficienti nell'irradiare energia. Questo permette agli ammassi densi di ridursi molto rapidamente, fino a raggiungere densità sufficientemente elevate da innescare la fusione nucleare, il processo che alimenta le stelle combinando gli elementi più leggeri in quelli più pesanti.
Ma l'unico modo per ottenere elementi più pesanti è lo stesso processo di fusione nucleare. Molteplici generazioni di stelle che si formano, si fondono e muoiono hanno arricchito il cosmo fino allo stato attuale.
Senza la capacità di rilasciare rapidamente calore, la prima generazione di stelle ha dovuto formarsi in condizioni molto diverse e molto più difficili;
Fronti freddi
Per comprendere l'enigma di queste prime stelle, un team di astrofisici si è rivolto a sofisticate simulazioni al computer dei secoli bui per capire cosa succedeva allora. Le loro scoperte sono state riportate a gennaio in un documento pubblicato sul database di preprint arXiv e sottoposto a revisione paritaria presso il Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Il nuovo lavoro presenta tutti i soliti ingredienti cosmologici: la materia oscura che aiuta la crescita delle galassie, l'evoluzione e l'ammassamento del gas neutro e la radiazione che può raffreddare e talvolta riscaldare il gas. Ma il loro lavoro include qualcosa che ad altri manca: i fronti freddi, ovvero flussi di materia raffreddata in rapido movimento che si abbattono su strutture già formate.
I ricercatori hanno scoperto che una complessa rete di interazioni ha preceduto la prima formazione stellare. Il gas neutro ha iniziato a raccogliersi e ad aggregarsi. L'idrogeno e l'elio hanno rilasciato un po' di calore, che ha permesso agli ammassi di gas neutro di raggiungere lentamente densità più elevate.
Ma gli ammassi ad alta densità sono diventati molto caldi, producendo radiazioni che hanno spezzato il gas neutro e impedito che si frammentasse in molti ammassi più piccoli. Ciò significa che le stelle nate da questi ammassi possono diventare incredibilmente grandi.
Stelle supermassicce
Queste interazioni tra radiazioni e gas neutro hanno portato alla formazione di massicce pozze di gas neutro: l'inizio delle prime galassie. Il gas nelle profondità di queste proto-galassie ha formato dischi di accrescimento in rapida rotazione, anelli di materia che si formano attorno a oggetti massicci, compresi i buchi neri dell'universo moderno;
Nel frattempo, sui bordi esterni delle proto-galassie piovevano fronti freddi di gas. I fronti più freddi e massicci penetrarono nelle proto-galassie fino al disco di accrescimento.
Questi fronti freddi si sono abbattuti sui dischi, aumentandone rapidamente la massa e la densità fino a una soglia critica, permettendo così la comparsa delle prime stelle.
Quelle prime stelle non erano normali fabbriche di fusione. Erano giganteschi ammassi di gas neutro che accendevano i loro nuclei di fusione tutti insieme, saltando la fase in cui si frammentavano in piccoli pezzi. La massa stellare risultante era enorme.
Queste prime stelle sarebbero state incredibilmente luminose e avrebbero avuto una vita estremamente breve, meno di un milione di anni. (Nell'universo moderno le stelle possono vivere miliardi di anni). Dopodiché sarebbero morte in furiose esplosioni di supernova;
Quelle esplosioni avrebbero trasportato i prodotti delle reazioni di fusione interna, elementi più pesanti dell'idrogeno e dell'elio, che avrebbero poi dato il via al successivo ciclo di formazione stellare. Ma ora, contaminato da elementi più pesanti, il processo non poteva ripetersi e quei mostri non sarebbero mai più apparsi sulla scena cosmica.
