16 ore fa
La prima generazione di stelle nell’universo potrebbe aver prodotto quantità significative di acqua dopo la loro morte, solo da 100 a 200 milioni di anni dopo il Big Bang.
Le firme dell’acqua sono state precedentemente osservate circa 780 milioni di anni dopo il Big Bang. Ma ora, le simulazioni al computer suggeriscono che questa condizione essenziale per la vita esisteva molto prima di quanto pensassero gli astronomi, riferiscono i ricercatori il 3 marzo su Nature Astronomy.
“La sorpresa è stata che gli ingredienti per la vita erano tutti al loro posto in densi nuclei di nubi [rimasti dopo la morte stellare] così presto dopo il Big Bang”, dice l’astrofisico Daniel Whalen dell’Università di Portsmouth in Inghilterra.
L’acqua può essere comune oggi. Ma all’inizio, circa 13,8 miliardi di anni fa, l’universo era essenzialmente solo idrogeno, elio e un po’ di litio. Ci sono volute le star per fare il resto. Alcuni elementi di peso medio, come il carbonio e l’ossigeno, si fondono all’interno delle stelle mentre invecchiano. Altri sono forgiati da morti stellari, come le supernove esplosive o le violente fusioni di stelle di neutroni. Tuttavia, affinché le molecole più complesse si formino in quantità significative, sono necessarie condizioni relativamente dense e fresche, idealmente inferiori a qualche migliaio di gradi Celsius.
“L’acqua è una molecola piuttosto fragile”, dice l’astronomo Volker Bromm dell’Università del Texas ad Austin, che non è stato coinvolto nella nuova ricerca. “Quindi il problema è: abbiamo le condizioni che possono formarlo [molto presto nell’universo]?”
Per vedere se ci potesse essere acqua nell’universo neonato, Whalen e i suoi colleghi hanno eseguito simulazioni al computer della vita e della morte di due stelle di prima generazione. Poiché gli astronomi pensano che le stelle primordiali fossero molto più grandi e avessero una durata di vita più breve rispetto alle stelle moderne, il team ha simulato una stella con 13 volte la massa del Sole e un’altra 200 volte la massa del Sole. Alla fine della loro breve vita, questi colossi esplosero come supernove e lanciarono una pioggia di elementi, tra cui ossigeno e idrogeno.
Le simulazioni hanno mostrato che mentre la materia espulsa dalle supernove si espandeva e si raffreddava, l’ossigeno reagiva con idrogeno e diidrogeno, o due atomi di idrogeno uniti, per produrre vapore acqueo negli aloni di detriti in crescita.
Questo processo chimico procedeva lentamente, poiché la densità degli atomi nelle regioni esterne delle esplosioni di supernova in espansione era bassa. Questa bassa densità significa che era improbabile che due elementi si incontrassero e si collegassero in tempi brevi.
Ma dopo alcuni milioni di anni – o decine di milioni di anni nel caso della stella più piccola – i nuclei centrali polverosi dei resti di supernova si erano raffreddati abbastanza da permettere la formazione dell’acqua. L’acqua iniziò ad accumularsi rapidamente lì poiché le densità erano abbastanza alte da permettere agli atomi di incontrarsi.
“La concentrazione [dell’acqua] in strutture dense, per me è il punto di svolta”, afferma Whalen. “La massa totale complessiva di acqua che si sta formando, non è così tanta. Ma diventa davvero concentrato nei nuclei densi, e i nuclei densi sono le strutture più interessanti nel resto, perché è lì che possono formarsi nuove stelle e pianeti”.
Al termine delle simulazioni, la supernova più piccola ha prodotto una massa d’acqua equivalente a un terzo della massa totale della Terra, mentre quella più grande ha creato abbastanza acqua per eguagliare 330 Terre. In linea di principio, dice Whalen, se un pianeta dovesse formarsi in un nucleo rimasto dalla supernova più grande, potrebbe essere un mondo d’acqua come il nostro.
“Sembra che ci sia un’indicazione che l’universo nel suo complesso potrebbe essere stato abitabile, se vogliamo, già abbastanza presto”, dice Bromm. Ma l’acqua non ti porta fino alla vita, aggiunge. “Poi inizi a chiederti: [quanto presto] puoi combinare il carbonio con l’idrogeno per ottenere le molecole della vita?”
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D.J. Whalen, M.A. Latif e C. Jessop. Acqua abbondante dalle prime supernove all’alba cosmica. Natura Astronomia. Pubblicato online il 3 marzo 2025. DOI: 10.1038/S41550-025-02479-W.