JWST trova carbonio inaspettatamente giovane

Mar 05, 2024

Questo borotalco proveniente dallo spazio è inaspettatamente ricco di carbonio.

Di Jon Kelvey | Pubblicato il 19 luglio 2023 alle 11:30 EDT

L'universo è un luogo polveroso. Le particelle cosmiche possono variare dalle dimensioni di una singola grande molecola fino a poco più grandi di un granello di sabbia terrestre, e queste possono accumularsi in nuvole fluttuanti larghe anni luce. La comprensione scientifica generale era che la polvere si accumula gradualmente, prodotta da stelle e supernova nel corso di centinaia di milioni di anni. La polvere è solitamente una presenza fissa nelle galassie mature, o almeno così pensavano gli astronomi.

Ma in un nuovo articolo pubblicato mercoledì sulla rivista Nature, gli astronomi hanno trovato un tipo specifico di polvere cosmica, ad alto contenuto di carbonio, in giovani galassie distanti appena 800 milioni di anni dopo il Big Bang. Tale accumulo è avvenuto molto prima di quanto suggeriscano le attuali teorie sulla formazione della polvere. È una scoperta che potrebbe cambiare il modo in cui gli astronomi comprendono la creazione delle stelle e l'evoluzione delle galassie nell'universo primordiale e, in definitiva, il modo in cui quell'universo giovane si è sviluppato nel cosmo che conosciamo oggi.

Per molto tempo, gli astronomi hanno trattato le cose cosmiche nel modo in cui potremmo vedere un coniglietto di polvere sotto un divano: come un fastidio. Gli scienziati hanno cercato di guardare oltre le grandi nubi di polvere cosmica, trattate più come ostacoli che come soggetti di studio a sé stanti. "Il modo in cui la maggior parte degli astronomi interagisce con essa è che [la polvere] assorbe effettivamente molta della luce che stiamo cercando di osservare", afferma l'autore principale dello studio Joris Witstok, ricercatore post-dottorato presso il Kavli Institute for Cosmology di Cambridge, nel Regno Unito.

Ma le cose sono cambiate negli ultimi anni, grazie a osservatori come il James Webb Space Telescope della NASA, che utilizza la luce infrarossa per vedere attraverso le nuvole. Gli scienziati hanno anche imparato ad apprezzare la polvere stessa, realizzando che queste minuscole particelle di carbonio, silicio e altra materia sono responsabili di processi su larga scala nell’universo, come la formazione di nuove stelle.

"Per esempio, nella Via Lattea, abbiamo questi siti dove si stanno formando nuove stelle, e sono molto polverosi", dice Witstok. "Ci sono grandi nubi di gas e polvere e la polvere aiuta davvero a consentire al gas di raffreddarsi e contrarsi e quindi di formare nuove stelle."

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Non è che l'universo primordiale fosse privo di polvere. Secondo Witstok, studi precedenti avevano trovato grandi quantità di polvere nelle galassie dell’universo primordiale. Gli astronomi sono interessati a questa polvere primordiale perché rappresenta il momento in cui le stelle iniziarono a produrre alcuni dei primi elementi più pesanti dell’idrogeno.

"Le prime stelle hanno iniziato a convertire l'idrogeno in elio, che era l'unica cosa che era disponibile all'inizio, negli elementi più pesanti come carbonio e ossigeno", dice Witstok.

Le grandi stelle primordiali potrebbero aver espulso grandi quantità di polvere, composta da questi elementi più pesanti, verso la fine del loro ciclo di vita o durante le esplosioni di supernova al momento della loro morte.

Ma gli studi precedenti non erano stati in grado di rilevare la polvere carboniosa, ovvero ricca di carbonio, in tempi così precoci.

"La cosa davvero nuova è che siamo in grado di individuare il tipo di granelli di polvere che stiamo vedendo", afferma Witstok. “Quello che possiamo effettivamente dire è che c'è qualcosa che produce, nello specifico, questi granelli di polvere di carbonio in un periodo di tempo molto breve. Ed è proprio qui che sta la sorpresa”.

Le osservazioni spettrografiche della polvere più vicina alla Terra, all'interno della Via Lattea, hanno reso possibile questa scoperta. La spettroscopia suddivide la luce in uno spettro e cerca segni rivelatori di luce assorbita a determinate lunghezze d'onda associate a diversi elementi e composti, un po' come leggere un arcobaleno unico.

La polvere carboniosa produce una “protuberanza” spettroscopica alla lunghezza d’onda di 217,5 nanometri, una lunghezza d’onda che la colloca nella porzione ultravioletta dello spettro. Almeno, questa è la lunghezza d'onda della luce quando lasciò la sua galassia natale miliardi di anni fa.