(main) Un’illustrazione di una stella massiccia che esplode in supernova nell’universo primordiale (inserto) la supernova 2023adsv vista dal JWST nel 2022 e 2023 (Credito immagine: Robert Lea (creato con Canva)/NASA, ESA, CSA, STScI, JADES Collaboration)
Le supernove nell’universo primordiale sono diverse. Soprattutto quando le stelle che esplodono sono mostri stellari 20 volte la massa del sole. La supernova, designata AT 2023adsv, è esplosa circa 11,4 miliardi di anni fa in una galassia primordiale massiccia. Eccitantemente, questa esplosione stellare potrebbe essere in qualche modo diversa dalle supernove che si sono verificate più recentemente nell’universo locale. In particolare, l’esplosione ad alta energia sembra essere stata eccessivamente violenta. “Le prime stelle erano considerevolmente diverse dalle stelle di oggi. Erano massicce, erano calde e avevano esplosioni veramente gigantesche,” ha detto David Coulter, membro del team JADES e ricercatore presso lo Space Telescope Science Institute (STScI), al 245° incontro della American Astronomical Society (AAS) a National Harbor, Maryland, lunedì (13 gennaio). “Non sappiamo quante [supernove] il JWST troverà, ma possiamo iniziare a spingerci verso l’inizio di queste prime stelle e sperare di vedere le loro esplosioni.”
Una storia di vita stellare, morte e rinascita
L’universo primordiale era relativamente noioso rispetto al cosmo moderno, soprattutto considerando i suoi contenuti chimici. Questo perché era in gran parte idrogeno, l’elemento più leggero e semplice, con un po’ di elio, il secondo elemento più leggero. Nell’universo infantile esisteva solo una piccola quantità di elementi più pesanti, che gli astronomi chiamano in modo un po’ confuso “metalli”. La prima generazione di stelle, conosciuta come stelle di Popolazione III (non stelle di Popolazione I come ci si potrebbe aspettare), è nata da zone sovradense in questa zuppa cosmica povera di ingredienti. Queste stelle hanno iniziato a fondere idrogeno ed elio in elementi più pesanti. Quando le stelle più massicce (con masse superiori a 8 volte quella del sole) hanno esaurito il loro combustibile per la fusione nucleare, i loro nuclei sono collassati, creando buchi neri o stelle di neutroni, mentre i loro strati esterni ricchi di metalli sono stati espulsi in esplosioni di supernova. Questo processo ha seminato nubi di idrogeno ed elio nelle prime galassie con elementi pesanti. Ciò significava che quando le zone sovradense in queste nubi arricchite collassavano per creare nuove stelle, questa seconda generazione di stelle (Popolazione II) era più ricca di metalli rispetto alla prima.
JADES Deep Field utilizza osservazioni effettuate dal James Webb Space Telescope (JWST) della NASA che mostrano la posizione delle esplosioni di supernova appena scoperte (Credito immagine: NASA, ESA, CSA, STScI, JADES Collaboration)
Questo si è ripetuto per dare vita a una terza generazione di stelle ancora più ricche di metalli. Questa è la terza generazione di corpi stellari, le stelle di Popolazione I (ancora una volta, non stelle di Popolazione III come ci si potrebbe aspettare), a cui appartiene la nostra stella, il sole. Tuttavia, mentre questo può sembrare un caso di storia cosmica che si ripete, c’era qualcosa di diverso nel primo ciclo di supernove. Gli scienziati pensano che la natura povera di metalli di queste stelle avrebbe causato loro di vivere vite più brevi. Avrebbe anche reso le esplosioni di supernova che segnano la fine di queste vite più violente rispetto alle morti delle stelle discendenti successive.
Queste prime supernove dovrebbero essere incredibilmente luminose e quindi visibili al JWST. Infatti, la collaborazione JADES, che studia la nascita e l’evoluzione delle prime galassie, ha finora individuato oltre 80 antiche supernove. “Studiare esplosioni di supernova distanti è l’unico modo per esplorare le singole stelle che popolano queste prime galassie,” ha detto in una dichiarazione Christa DeCoursey, membro del team e ricercatrice presso l’Università dell’Arizona a Tucson. “Il numero puro di rilevamenti più le grandi distanze da queste supernove sono i due risultati più eccitanti del nostro sondaggio.”
Una supernova primordiale con una svolta
La composizione chimica di AT 2023adsv significa che si distingue come una delle prime di queste supernove. “Questa supernova è così lontana e quindi così indietro nel tempo che quando la luce stava arrivando a noi per la prima volta l’universo aveva meno di 2 miliardi di anni,” ha continuato Coulter. “Ciò significa che questa luce aveva viaggiato 6 miliardi di anni prima che il sole si formasse. “Quindi questa supernova è avvenuta anche in un ambiente che sembra considerevolmente diverso dall’ambiente in cui vive oggi la nostra stella di casa.”
AT 2023adsv, una supernova scoperta in una galassia a un redshift di 3,6. La sua stella progenitrice è esplosa quando l’universo aveva solo 2 miliardi di anni. (Credito immagine: NASA, ESA, CSA, STScI, JADES Collaboration)
Mentre AT 2023adsv assomiglia all’ambiente povero di metalli dell’universo primordiale in cui è nata la stella che è esplosa per lanciarla, c’è una o due svolte. “Sembra essere un cugino stretto delle supernove locali osservate in ambienti altrettanto incontaminati,” ha detto Coulter nella dichiarazione. “Tuttavia, la somiglianza si ferma lì — 2023adsv sembra essere stata una volta una stella particolarmente massiccia, forse fino a 20 volte la massa del nostro sole.” Stelle di tali dimensioni mostruose sono scarse nell’universo locale e contemporaneo. 2023adsv è esplosa anche con circa il doppio dell’energia della supernova media innescata da stelle massicce vicine. “L’alta energia di esplosione di 2023adsv potrebbe indicare che le proprietà delle esplosioni di supernova potrebbero essere state diverse nell’universo primordiale, ma abbiamo bisogno di più osservazioni per confermare questa idea,” ha detto Takashi Moriya, membro del team e teorico dell’Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone.
Il JWST riceverà un aiuto nella caccia alle prime e più distanti esplosioni cosmiche nel 2026, quando la NASA lancerà il suo prossimo grande telescopio spaziale, il Nancy Grace Roman Space Telescope. Le stime attuali suggeriscono che l’ampio campo visivo di Roman individuerà migliaia di prime supernove per l’occhio sensibile agli infrarossi del JWST da esaminare e investigare. La ricerca del team è stata presentata al 245° incontro dell’AAS lunedì, e un preprint del documento è disponibile sul sito del repository arXiv.