Prime stelle

Il racconto

Il buio dopo la luce

Dopo il Big Bang e la luce che si liberò 380.000 anni più tardi, l'Universo diventò scuro. Non c'era ancora nessuna stella. C'erano solo enormi nubi di idrogeno e di elio, quasi senza luce, che si spostavano nello spazio. Gli astronomi chiamano questo periodo «età oscura», e secondo le stime durò circa 200 milioni di anni. Poi, in un modo che oggi stiamo cominciando a osservare, la prima luce tornò ad accendersi.

Come si accende una stella

Una stella nasce dalla gravità. In una nube di gas ci sono zone appena più dense del resto. Queste zone attirano un po' più di gas, diventano più pesanti e attirano ancora di più, in un meccanismo che si rinforza da solo. La nube si stringe e si scalda. Quando al centro la temperatura supera i dieci milioni di gradi, gli atomi di idrogeno cominciano a fondersi insieme e a formare elio. Questa fusione libera una quantità enorme di energia sotto forma di luce e di calore. Da quel momento la stella è accesa, e la sua spinta verso l'esterno bilancia il peso che la farebbe crollare.

Le prime stelle si formarono in nubi fatte quasi solo di idrogeno ed elio. Senza elementi più pesanti, il gas faceva più fatica a raffreddarsi, e per questo gli scienziati pensano che le prime stelle fossero molto più grandi del Sole: forse decine o centinaia di volte più massicce. Le chiamano stelle di «Popolazione III». Nessuno le ha ancora viste direttamente: sono ipotesi costruite con calcoli e simulazioni al computer, e gli astronomi sperano di coglierne la luce con il telescopio spaziale James Webb.

Una vita breve e luminosa

Le stelle più grandi consumano il loro combustibile in fretta. Mentre il Sole vive per circa dieci miliardi di anni, una stella enorme può durare solo qualche milione di anni. Alla fine la parte centrale non regge più e collassa, e l'esterno viene scagliato via in un'esplosione chiamata supernova. Per un breve periodo una supernova può brillare come un'intera galassia.

È qui che accade la cosa più importante di questa storia. Dentro le stelle, e nelle loro esplosioni, gli atomi leggeri si fondono in atomi più pesanti: carbonio, ossigeno, azoto, silicio, ferro. Quando una stella esplode, questi elementi vengono sparsi nello spazio. L'astronomo Carl Sagan diceva che siamo fatti di «materia di stelle», e aveva ragione: il calcio delle ossa, il ferro del sangue e l'ossigeno che respiri sono stati prodotti dentro stelle che sono morte molto tempo prima della nascita del Sole.

Anche gli elementi più pesanti hanno un'origine stellare, ma non sempre da una supernova. Nel 2017 gli strumenti che rivelano le onde gravitazionali e i telescopi hanno osservato per la prima volta la collisione di due stelle di neutroni, e hanno visto che in quell'evento si forma molto oro. Gli scienziati pensano che una parte dell'oro e di altri metalli preziosi nasca proprio così.

Quando nacquero davvero?

Non sappiamo con precisione quando si accese la prima stella, perché la sua luce è debolissima e lontanissima. Le stime parlano di un periodo tra 50 milioni e circa un miliardo di anni dopo il Big Bang; i modelli più usati indicano un momento intorno ai 100-200 milioni di anni. Gli astronomi chiamano questa fase «alba cosmica».

Il telescopio Webb, lanciato a fine 2021, osserva la luce infrarossa, quella che arriva più «stirata» dalle distanze enormi, e ha già scoperto galassie sorprendentemente luminose e antiche, nate circa 300 milioni di anni dopo il Big Bang. Più le osservazioni migliorano, più il quadro cambia: per questo la data nella linea del tempo è approssimata.

Le prime stelle ebbero anche un altro compito: la loro luce ultravioletta riscaldò e «ionizzò» il gas intorno, cioè strappò gli elettroni agli atomi. In questo modo l'Universo, che era una nebbia opaca alla luce ultravioletta, diventò trasparente. Questo periodo si chiama «reionizzazione» e finì nel primo miliardo di anni circa.