Le prime galassie disperdevano metalli. Ma le loro stelle avevano venti più deboli?

Per capire come si sono formate le prime galassie, gli astronomi devono seguire sia il gas che si muove su scala galattica sia la materia persa dalle singole stelle. Due programmi osservativi offrono indizi su entrambi i fronti: SPURS, con il telescopio spaziale James Webb (JWST), studia galassie lontanissime; TEMPOS, con Hubble, esamina stelle massicce in galassie nane vicine e povere di elementi pesanti. Queste ultime sono analoghi utili delle popolazioni antiche, non osservazioni dirette delle prime stelle.45

Che cosa ha visto JWST nelle galassie lontane?

In tre galassie a redshift compresi fra 7,2 e 9,3, SPURS ha rilevato nell’ultravioletto righe di assorbimento di elementi pesanti presenti in diversi stati di ionizzazione. Le righe sono spostate verso il blu rispetto alle galassie: un segnale compatibile con gas arricchito che si muove verso l’esterno lungo la nostra linea di vista. È una prova di deflussi precoci, non della loro destinazione finale: il solo assorbimento non dice quanto lontano sia arrivato il materiale né se abbia raggiunto lo spazio intergalattico.

La distinzione conta per la ricerca delle stelle di Popolazione III, che si formerebbero da gas sostanzialmente privo di elementi pesanti. Se i deflussi avessero arricchito regioni vicine in cui nascevano nuove stelle, lì il gas incontaminato sarebbe diventato meno disponibile. Le tre rilevazioni non dimostrano però che l’arricchimento fosse ovunque: altrove potrebbero essere rimaste sacche di gas primordiale.13

Perché i venti osservati da Hubble sorprendono?

TEMPOS ha analizzato nell’ultravioletto 29 stelle massicce in sei galassie nane vicine e ha trovato venti stellari insolitamente deboli. Sotto circa un decimo dell’abbondanza solare di elementi pesanti, i risultati suggeriscono una possibile deviazione dalla tendenza prevista prolungando quella osservata in stelle più ricche di metalli. È un’indicazione ancora provvisoria, non una nuova legge accertata.4510

Nelle stelle massicce, gli ioni degli elementi pesanti contribuiscono a trasferire la spinta della radiazione al gas atmosferico, alimentando il vento. Un vento meno efficace implica una minore perdita di massa nel corso della vita stellare.3 Il confronto con altri studi invita però alla cautela: un’analisi precedente di 11 stelle di tipo O a bassa metallicità aveva trovato venti molto deboli, ma compatibili con l’estrapolazione delle tendenze del momento trasportato dal vento.15

Che cosa cambierebbe nei modelli?

Se la tendenza suggerita da TEMPOS fosse confermata in campioni più ampi, le stelle massicce potrebbero arrivare alla fine della vita conservando più massa. Andrebbero quindi riviste le previsioni sulle loro esplosioni, sui resti compatti e sul modo in cui restituiscono energia e materia al gas da cui nasceranno altre stelle.34 TEMPOS non ha osservato quelle morti stellari; SPURS, dal canto suo, non ha identificato il meccanismo che ha lanciato i deflussi galattici. Il vento di una stella e il deflusso di un’intera galassia non sono la stessa misura.

Nuovi spettri e modelli potranno verificare quanto sia solida la tendenza dei venti deboli e quale ruolo abbia l’abbondanza degli elementi pesanti. Osservazioni più profonde con JWST di candidati a bassissima metallicità potranno mettere alla prova le interpretazioni legate alla Popolazione III; ulteriori misure del gas nelle galassie remote aiuteranno a stabilire dove siano finiti i metalli osservati.51013