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HD 140283, certificata come la stella più ‘vecchia’

Grazie ad una serie di osservazioni effettuate mediante il telescopio spaziale Hubble, un gruppo di astronomi sono stati in grado di determinare il ‘certificato di nascita’ di una stella che è stata a lungo studiata.

Si tratta dell’oggetto più vecchio che conosciamo e di cui abbiamo ricavato in maniera accurata la sua età”, dichiara Howard Bond della Pennsylvania State University e dello Space Science Telescope Institute. Il valore stimato dell’età della stella è di 14,5 miliardi di anni, con una incertezza di 0,8 miliardi di anni, che a prima vista ne farebbe l’oggetto più vecchio della sua categoria ma andrebbe in contraddizione con l’età dell’Universo che è di 13,7 miliardi di anni. Nonostante questi risultati siano in contraddizione, alcune stime precedenti che risalgono al 2000 danno dei valori ancora maggiori, ossia di 16 miliardi di anni. Naturalmente, ciò crea un problema per i cosmologi. “Forse, il nostro modello cosmologico è sbagliato o forse i modelli dell’evoluzione stellare sono sbagliati o, ancora, potrebbe essere sbagliata la stima della distanza della stella”, dice Bond. Dunque il passo più importante da fare è stato quello di determinare in maniera accurata la distanza della stella. La stima dell’età ottenuta mediante le osservazioni realizzate con il telescopio spaziale Hubble riducono l’intervallo degli errori delle misure per cui l’età della stella andrebbe a sovrapporsi nell’intervallo dei valori che definiscono l’età dell’Universo, così come è stato determinato indipendentemente dal tasso di espansione dello spazio, dall’analisi della radiazione cosmica di fondo e dalle misure del decadimento radioattivo. Questa vera “stella di Matusalemme”, catalogata con la sigla HD 140283, è già conosciuta agli astronomi da almeno un secolo a causa del suo elevato moto proprio, una evidenza del fatto che l’oggetto sembra essere una sorta di “visitatore spaziale” che arriva nei dintorni del nostro ambiente stellare. L’orbita allungata della stella è dovuta ad un evento di cannibalismo galattico e perciò essa transita nelle vicinanze del Sistema Solare alla fantastica velocità di circa 1.200.000 Km/h. Di fatto, essa impiega circa 1.500 anni per descrivere un tratto di orbita equivalente alla distanza angolare sottesa dalla Luna Piena. Si pensi che il suo moto proprio angolare è così rapido, circa 0,13 milliarcosecondi/ora, che lo stesso telescopio spaziale Hubble è stato in grado di fotografare letteralmente il suo movimento dopo qualche ora di osservazione. La stella, che si trova attualmente nella fase di gigante rossa, può essere osservata con un binocolo potente come oggetto di 7° magnitudine nella costellazione della Bilancia.

Durante gli anni ’50, gli astronomi conclusero che questa stella presentava una mancanza di elementi pesanti rispetto alle altre stelle vicine dell’ambiente galattico. Le stelle dell’alone galattico sono state le prime a formarsi e rappresentano una popolazione stellare molto vecchia. Questo significa che la stella si è originata molto tempo prima che lo spazio fosse riempito di elementi pesanti che sono prodotti nelle stelle attraverso la nucleosintesi stellare. L’abbondanza di elementi pesanti è di circa 250 volte inferiore a quella presente nel Sole o nelle altre stelle vicine. Il potere esplorativo del telescopio spaziale Hubble è stato sfruttato per ricavare con una precisione più elevata la distanza ottenendo un valore di 190,1 anni-luce. Il metodo che hanno utilizzato Bond e colleghi per stimare la distanza della stella è quello della cosiddetta parallasse trigonometrica. La parallasse delle stelle vicine può essere misurata osservando lo stesso oggetto da due angoli diversi che corrispondono a due punti di osservazione estremi dell’orbita terrestre. La distanza vera della stella può quindi essere ricavata direttamente attraverso una semplice triangolazione. Una volta determinata la distanza, gli astronomi possono ricavare la luminosità intrinseca della stella e di conseguenza si può risalire alla sua età. Prima delle osservazioni effettuate con il telescopio spaziale Hubble, il satellite Hipparcos dell’ESA aveva permesso di ottenere una misura precisa della parallasse della stella benché avesse fornito un valore per l’età con una incertezza di 2 miliardi di anni. La parallasse misurata da Hubble è comunque virtualmente identica a quella ricavata da Hipparcos anche se la precisione di Hubble è cinque volte superiore. Dunque, il lavoro di Bond è stato quello di restringere l’intervallo degli errori in modo tale che le stime dell’età della stella fossero cinque volte più precise. Utilizzando tutta una serie di parametri descritti nei modelli dell’evoluzione stellare, gli astronomi hanno trovato che da un lato la stella possiede una quantità di idrogeno insufficiente per iniziare il ciclo della fusione nucleare, il che implica che essa bruci il combustibile molto più velocemente, e dall’altro che essa possiede un elevato rapporto ossigeno/ferro rispetto a quanto previsto dai modelli. Questi risultati contribuiscono a far abbassare il valore stimato dell’età della stella. Bond è convinto che nuovi dati relativi all’abbondanza dell’ossigeno potrebbero ulteriormente abbassare l’età della stella dato che essa si sarebbe formata qualche tempo dopo il Big Bang quando cioè l’Universo era già ricco di ossigeno. Dunque, abbassare il limite superiore del valore stimato per l’età della stella potrebbe portarla ad essere, in maniera inequivocabile, più giovane rispetto all’età dell’Universo. Questo oggetto peculiare molto antico ha certamente subito tutta una serie di cambiamenti durante il suo ciclo vitale. È molto probabile che la stella si sia originata in una galassia nana che successivamente è stata catturata gravitazionalmente dalla Via Lattea che andava a formarsi nel corso di 12 miliardi di anni.

NASA: Hubble Finds Birth Certificate of Oldest Known Star

arXiv: HD 140283: A Star in the Solar Neighborhood that Formed Shortly After the Big Bang

WMAP, pubblicati i dati finali dopo nove anni di osservazioni

Sin da quando è stato lanciato nel lontano 2001, il satellite Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) ha rivoluzionato la nostra visione dell’Universo, rafforzando un modello cosmologico mediante il quale gli astronomi possono oggi spiegare tutta una serie di osservazioni. La missione spaziale, guidata da Charles L. Bennett della Johns Hopkins University, ha permesso di determinare, con un elevato grado di precisione, non solo l’età dell’Universo ma anche la densità degli atomi, la densità di tutta la materia non composta da atomi, l’epoca di formazione delle prime stelle, localizzando persino quei ‘siti cosmici’ dove la materia si è aggregata per formare successivamente le galassie e gli ammassi di galassie.

In breve, le osservazioni di WMAP ci hanno fornito l’informazione sui suddetti parametri con un livello di accuratezza circa 70 mila volte superiore facendo della cosmologia una scienza di precisione. Oggi, trascorsi due anni da quando il satellite è andato in pensione, Bennett e il suo gruppo scientifico hanno pubblicato i risultati finali della missione dopo nove anni di osservazioni. “Si tratta quasi di un miracolo” spiega Bennett. “L’Universo sembra racchiudere una sorta di codice personale che si cela nella radiazione cosmica di fondo e quando lo abbiamo decodificato abbiamo rivelato la sua storia e il suo contenuto. E’ davvero sorprendente come ogni cosa vada nel suo posto”. L’immagine ottenuta da WMAP che fotografa l’Universo da ‘giovane’, all’età di appena 375 mila anni dopo il Big Bang, ci permette di porre dei limiti su ciò che potrebbe essere accaduto prima e su ciò che accaduto miliardi di anni dopo quel momento. Il modello cosmologico standard, noto anche come Big Bang, che afferma che l’Universo delle origini era estremamente caldo e denso e che poi si è raffreddato in seguito alla sua espansione, è fortemente supportato dai dati di WMAP. Inoltre, le osservazioni di WMAP vanno a favore di un altro modello, l’inflazione, che descrive gli attimi immediatamente dopo la grande esplosione iniziale. Il modello inflazionistico afferma che l’Universo subì una rapida espansione esponenziale causando un incremento del proprio volume di spazio dell’ordine di circa un trilione di trilione di volte in meno di un trilionesimo di trilionesimo di secondo. In seguito a questa immane variazione di volume dello spazio, si generarono piccolissime fluttuazioni di densità che alla fine crebbero portando alla formazione delle galassie. Le misure estremamente precise di WMAP relative alle fluttuazioni di densità della materia hanno confermato determinate previsioni della versione più semplice del modello inflazionistico: in altre parole, le fluttuazioni seguono una curva a campana che ha le stesse proprietà su tutto il cielo; inoltre, la mappa del cielo contiene in ugual numero regioni più calde e più fredde. Infine, i dati di WMAP confermano alcune previsioni in base alle quali l’ampiezza delle variazioni di densità su larga scala è leggermente maggiore rispetto a quella su scale più piccole e che la forma dello spazio segue le leggi della geometria euclidea. Di recente, lo stesso Stephen Hawking ha commentato alla rivista New Scientist che l’evidenza trovata da WMAP a favore dell’inflazione è stata la scoperta più emozionante in tutta la sua carriera di fisico.

L’Universo è fatto dal 4,6% di atomi, una frazione maggiore, il 24%, è composta da materia invisibile, denominata materia scura, mentre la parte rimanente e la più dominante, il 71%, è una forma di energia, una sorta di anti-gravità, chiamata energia scura, che permea tutto lo spazio e sembra guidare l’espansione accelerata dell’Universo. Grazie alle osservazioni di WMAP è stato possibile risalire all’epoca di formazione delle prime stelle, ossia quando l’Universo aveva una età di circa 400 milioni di anni. Uno degli obiettivi scientifici del telescopio spaziale di nuova generazione James Webb sarà quello di esplorare in dettaglio questa particolare epoca della storia cosmica per ricavare ulteriori indizi sulla formazione delle stelle più antiche. “L’ultima parola di WMAP segna la fine dell’inizio nella nostra ricerca verso la comprensione dell’Universo” commenta Adam Riess, premio Nobel per la Fisica nel 2011 per aver scoperto gli effetti dovuti all’energia scura sull’espansione dello spazio. Insomma, WMAP ha aperto le porte alla cosmologia di precisione, dunque l’Universo non sarà più lo stesso come prima.


Il video seguente illustra i risultati di WMAP commentati da Charles Bennett


arXiv: Nine-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Final Maps and Results

arXiv: Nine-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Cosmological Parameter Results