Un articolo pubblicato sulla rivista “Proceedings of the National Academy of Sciences” riporta la scoperta di candidate stelle oscure supermassicce osservate dal telescopio spaziale James Webb (Immagine NASA/ESA). Cosmin Ilie, Jillian Paulin e Katherine Freese sostengono che tre di quelle che sono state considerate galassie primordiali hanno invece caratteristiche di un tipo di oggetto che finora era stato solo ipotizzato. Secondo il modello proposto nel 2007, le stelle oscure supermassicce hanno una notevole componente di materia oscura che le alimenta al posto della fusione nucleare. Questi strani oggetti potrebbero raggiungere masse fino a dieci milioni di volte quella del Sole e una luminosità fino a dieci miliardi di volte quella del Sole, il motivo che potrebbe portare a scambiarle per galassie primordiali.
Lo studio di quelle che erano state considerate galassie primordiali all’interno del programma JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) aveva dimostrato le prestazioni del telescopio spaziale James Webb nelle osservazioni dell’universo primordiale. Una delle possibilità era che ospitassero addirittura stelle della prima generazione esistita nell’universo ma ora una nuova analisi di quelle osservazioni offre un’interpretazione alternativa della natura di tre di quegli oggetti.
Nel 2007, Katherine Freese e altri due colleghi, Douglas Spolyar e Paolo Gondolo, aveva proposto un meccanismo per cui nell’universo primordiale certe condizioni potevano portare alla formazione di stelle oscure supermassicce. In parole semplici, secondo quest’ipotesi, al centro delle prime protogalassie c’erano ammassi di materia oscura assieme a nubi di idrogeno ed elio. In questa situazione, il raffreddamento del gas potrebbe aver causato un collasso che ha incluso la materia oscura a causa dell’interazione gravitazionale. A causa della notevole densità, la materia oscura potrebbe aver iniziato ad annichilirsi impedendo che il collasso formasse una normale stella alimentata dalla fusione stellare. Materia comune e materia oscura potrebbero aver continuato a raccogliersi in un oggetto con una massa fino a dieci milioni di volte quella del Sole.
L’espressione stella oscura è dovuta alla presenza notevole di materia oscura ma l’annichilazione delle particelle che alimentano questo tipo di oggetto potrebbe generare una luce fortissima, fino a dieci miliardi di volte quella del Sole. Un oggetto del genere potrebbe essere scambiato per una galassia primordiale.
Gli oggetti catalogati come JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0 e JADES-GS-z11-0 e classificati come galassie sono stati considerati candidate stelle oscure supermassicce in questo nuovo studio. Questi oggetti devono mostrare nelle rilevazioni spettroscopiche una riga di assorbimento dell’elio chiamata in gergo He II a 1640 ångström. Le candidate individuate mostrano quella riga, che non dovrebbe essere presente in galassie primordiali.
Verificare l’esistenza delle stelle oscure supermassicce è difficile perché il modello che le descrive indica che solo nell’universo primordiale c’erano tutte le condizioni per la loro esistenza. In particolare, la metallicità, che significa una presenza di elementi più pesanti di idrogeno ed elio, è aumentata con il passare di generazioni di stelle comuni che hanno generato elementi pesanti che sono stati diffusi dalle supernove nelle nubi di gas.
La conferma dell’esistenza di stelle oscure supermassicce risolverebbe uno dei problemi causati dalle recenti osservazioni del telescopio spaziale James Webb, che ha trovato troppe di quelle che sembrano galassie massicce nell’universo primordiale rispetto alle previsioni degli attuali imodelli cosmologici. Se si trattasse almeno in parte di stelle oscure supermassicce e non di galassie, i modelli potrebbero essere corretti o comunque potrebbero aver bisogno solo di qualche perfezionamento e non di profonde revisioni.
Il Telescopio spaziale Nancy Grace Roman, il cui lancio è previsto per il 2027, potrebbe aiutare a trovare nuove candidate stelle oscure supermassicce. Katherine Freese e Cosmin Ilie, assieme al collega Saiyang Zhang, hanno scritto un articolo su questo argomento che riguarda anche il problema di come questi oggetti sembrino galassie. Anche il radiotelescopio ALMA potrebbe trovare candidate rilevando altre linee spettrali a lunghezze d’onda superiori a He II. In attesa di nuovi studi mirati di JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z12-0 e JADES-GS-z11-0, la caccia ad altre candidate continua per l’interesse di astronomi e fisici.
