earendel stella lontana

Il suo nome tecnico è WHL0137-LS, ma subito è stata soprannominata Earendel, un antico termine anglosassone che significa «stella dell'alba». Un nome quanto mai appropriato, dal momento che si tratta della stella più distante mai scoperta! Pensate che la sua luce ha viaggiato la bellezza di 12,9 miliardi di anni prima di arrivare a noi, un tempo pari al 93,5% dell'età dell'universo. Questo significa che la sua luce è partita quando l'universo aveva soltanto 900 milioni di anni, cioè quando era ancora nella sua infanzia! Insomma, la «stella dell'alba» risale veramente all'alba del cosmo!

L'annuncio è arrivato alla fine di marzo 2022 e, in quell'occasione, Earendel è riuscita a strappare il record detenuto in precedenza dalla stella Icarus, scoperta nel 2018 dal telescopio spaziale Hubble – lo stesso telescopio che ha scovato anche Earendel nella costellazione australe della Balena. Ma come abbiamo fatto a scoprire una stella così distante? E perché si tratta di una scoperta tanto importante?

Un telescopio naturale

Per quanto brillante possa essere una stella, non sarà mai abbastanza luminosa per essere visibile da distanze così vertiginose. Ci dev'essere quindi un trucco per individuarle, e questo trucco ha un nome ben preciso: lensing gravitazionale.

Con la sua teoria della relatività generale, Albert Einstein ci ha insegnato che una grande massa è in grado di deformare localmente la geometria dello spazio, curvando e deformando il tessuto spaziotemporale. È questa curvatura a far cadere le mele dagli alberi e a disciplinare le traiettorie dei corpi celesti. Ma la gravità, secondo la teoria di Einstein, non agisce solo sulle masse: devia anche luce, che come ogni altra entità fisica è obbligata a seguire la curvatura dello spazio provocata dalla gravità.

Schema di una lente gravitazionale.
in foto: Una lente gravitazionale, in questo caso un ammasso di galassie, deforma la geometria dello spazio circostante. La luce di un oggetto distante, attraversando questa regione, viene quindi deviata mentre segue la curvatura locale dello spazio.
Credits: NASA, ESA & L. Calçada

Ecco quindi che, nei pressi di una grande massa come quella di un ammasso di galassie, i raggi di luce vengono deviati in modo analogo a quello che fa una lente ottica. L'ammasso di galassie agisce pertanto come una lente, chiama per l'appunto lente gravitazionale.
Questo è il lensing gravitazionale, un fenomeno che ha due effetti principali sulle immagini degli oggetti lontani: il primo è che possiamo avere immagini multiple dello stesso oggetto oppure immagini deformate anche drasticamente, il secondo effetto è che la luminosità degli oggetti “lensati” viene amplificata dalle lenti gravitazionali.

Un esempio di lensing gravitazionale estremo: la galassia “Cosmic Snake”.
in foto: Un esempio di lensing gravitazionale estremo: l’immagine di questa galassia (ribattezzata Cosmic Snake, “Serpente cosmico”) è pesantemente deformata dalla gravità di un ammasso di galassie che agisce da lente gravitazionale.
Credits: ESA/Hubble, NASA

Più è preciso l'allineamento della lente e dell'oggetto retrostante rispetto alla nostra linea di vista, più è consistente l'amplificazione della luce. È come se le lenti gravitazionali agissero da telescopi naturali che ci permettono di vedere oggetti altrimenti troppo deboli per essere individuati con i nostri telescopi!

La scoperta di Earendel

Questo è esattamente ciò che ha reso visibile la stella Earendel all'occhio del telescopio Hubble. La sua luminosità è stata amplificata migliaia di volte da un grande ammasso di galassie chiamato WHL0137-08. Ora capite perché il nome tecnico della stella è WHL0137-LS: “LS” sta per “Lensed Star” e WHL0137 è la lente gravitazionale.

Nell'immagine qui sotto Earendel è il pallino indicato dalla freccia. L'arco rosso in cui la stella si trova non è altro che la galassia che ospita la stella. Proprio per via della marcata forma ad arco prodotta dal lensing gravitazionale, questa galassia è stata ribattezzata dagli astronomi Sunrise Arc (“arco dell'alba”). Gli altri pallini non sono singole stelle, ma ammassi globulari, cioè gruppi molto compatti di centinaia di migliaia si stelle.

Credits: NASA, ESA, B. Welch (Jhu), D. Coe (Stsci), A. Pagan (Stsci)
in foto: Credits: NASA, ESA, B. Welch (Jhu), D. Coe (Stsci), A. Pagan (Stsci)

Il record precedente

Il record di distanza di Earendel supera – e di parecchio – quello che apparteneva alla stella MACS J1149+2223 Lensed Star 1, soprannominata poi Icarus in onore del celebre personaggio della mitologica greca. La stella fu scoperta nel 2018 tramite un'osservazione del telescopio spaziale Hubble risalente a due anni prima. Anche Icarus fu individuata grazie al lensing gravitazionale.
Era una supergigante che abbiamo osservato in seguito alla sua esplosione come supernova. La sua luce era partita quando l'universo aveva soltanto 4,4 miliardi di anni. Una distanza da capogiro, ma nulla in confronto a quella di Earendel!

La scoperta di Icarus.
in foto: La freccia indica la posizione della stella Icarus. Nel 2011 non vi era traccia dell’astro, che invece si rese visibile nel 2016 in seguito alla sua esplosione come supernova.
Credits: NASA, ESA, and P. Kelly (University of Minnesota)

Cosa (non) sappiamo su Earendel

Sappiamo ancora relativamente poco sul conto di questa stella: del resto quella del telescopio Hubble è l'unica sua osservazione che abbiamo raccolto finora. Da quei pochi pixel gli astronomi sono comunque riusciti a estrarre una certa quantità di informazioni. Per esempio, sappiamo che Earendel è una stella decisamente fuori dal comune: rispetto al nostro Sole, per esempio, Earendel ha una massa tra le 50 e le 100 volte maggiore. Ha una temperatura superficiale di ben 20.000 °C (contro i 5500 °C della nostra stella) e una luminosità milioni di volte superiore a quella del Sole. Insomma, un vero peso massimo!

Ma ci sono tante cose che ancora non sappiamo sul conto di questa stella da record. Non sappiamo per esempio se si tratta di una stella singola o un sistema di più stelle che il telescopio Hubble non è in grado di distinguere come oggetti distinti. Ma la cosa più importante che non conosciamo su questa stella è la sua composizione chimica.
Visto che Earendel è così antica, infatti, c'è la possibilità che appartenga alla primissima generazione di stelle nell'universo, quella che gli astronomi chiamano Popolazione III (il Sole, per esempio, è una stella di terza generazione, ovvero di Popolazione I). Questi astri si sono formati quando nell'universo erano presenti soltanto idrogeno, elio e tracce di litio: tutti gli altri elementi chimici sono stati prodotti infatti proprio dalle prime stelle!

Se scoprissimo che Earendel è composta solo di questi tre elementi, avremmo dimostrato che è una stella di Popolazione III. Questa sarebbe una scoperta epocale, perché finora non ne abbiamo mai osservata una. Queste stelle sono fondamentali per comprendere meglio l'universo primordiale. A oggi infatti non sappiamo come e quando si sono formate le prime stelle: osservarne una sarebbe quindi sensazionale! Per questo motivo è già stato coinvolto il telescopio spaziale James Webb, che osserverà Earendel per studiarla più nel dettaglio. È anche probabile che il nuovissimo telescopio della NASA troverà stelle ancora più distanti di Earendel!

Articolo a cura di
Filippo Bonaventura