• Una nuova indagine a infrarossi di Hubble ha mappato 10 ammassi di galassie fino a 10 miliardi di anni fa, cercandone la cosiddetta “luce fantasma”.
• La luce fantasma è un bagliore di fondo prodotto da stelle orfane, che non appartengono a nessuna galassia e vagano erranti nello spazio intergalattico.
• I risultati preliminari indicano che queste stelle si sarebbero formate miliardi di anni fa, non di recente, e che potrebbero aiutare a mappare la distribuzione della materia oscura.

Il nostro Sole è immerso nell’impero stellare della Via Lattea, ma molte stelle sono invece orfane. Si trovano all’interno di ammassi giganti, contenenti centinaia o migliaia di galassie, e non solo legate gravitazionalmente a nessuna di esse. Se ci fossero pianeti orbitanti attorno a quelle stelle solitarie, il cielo apparirebbe loro nero come l’inchiostro, ad eccezione del debole bagliore delle galassie vicine.

La luce dispersa da queste stelle che non appartengono a nessuna galassia, va a costituire un bagliore di fondo, denominato dagli esperti luce intracluster e soprannominato luce fantasma. I primi indizi di questo fondo cosmico, che corrisponde a 1/10.000esimo del bagliore presente nel cielo notturno, sono arrivati nel 1951. L’osservazione fu eseguita da Fritz Zwicky nell’ammasso della Chioma. Poiché l’ammasso è uno dei più vicini alla Terra, Zwicky è stato in grado di rilevare la luce fantasma anche con un modesto telescopio da 18 pollici.

Dallo spazio, Hubble è facilmente in grado di rilevare quella luce: di recente, fotografando ammassi di galassie molto lontani, ha dimostrato che miliardi di anni fa le galassie perdevano stelle molto più facilmente di quanto facciano ai giorni nostri. Questo sarebbe causato da un’attrazione gravitazionale al tempo più debole, a causa di una diversa velocità di fuga dovuta all’espansione cosmica che, nel frattempo, è accelerata.

Comprendere l’origine di questa luce fantasma e studiarne le caratteristiche potrebbe fornire agli scienziati nuove importanti informazioni sull’assemblaggio degli ammassi galattici, e non solo. Aiuterebbe ad esempio anche a mappare la materia oscura.

L’indagine di Hubble che guarda indietro di 10 miliardi di anni

La recente indagine a infrarossi di Hubble ha cercato la luce intracluster negli ammassi di galassie lontane. Le osservazioni suggeriscono che le stelle orfano vagano da miliardi di anni. Non sono quindi prodotte da un’attività galattica recente all’interno degli ammassi, che le eliminerebbe dalle galassie stesse, ma frutto invece di processi molto antichi, appartenenti forse alle prime luci del nostro Universo.

L’indagine di Hubble include 10 ammassi di galassie e guarda indietro nel tempo di quasi 10 miliardi di anni luce. Grazie alla posizione del telescopio nello spazio, che gli permette di rilevare la debolissima luce fantasma negli ammassi, è stato possibile osservarla direttamente ed evidenziarla nell’infrarosso. La vediamo nelle immagini qui sotto, dove è stata aggiunta artificialmente in colore blu, in modo da tradurre i dati di Hubble. Il bagliore, estremamente debole, sembra tracciare una distribuzione regolare della luce dalle stelle vaganti sparse nell’ammasso. Miliardi di anni fa, quelle stelle hanno abbandonato le loro galassie d’origine e ora vanno alla deriva attraverso lo spazio intergalattico.

L’indagine rivela inoltre che la frazione della luce all’interno dell’ammasso rispetto alla luce totale, rimane costante guardando indietro nel tempo di miliardi di anni. “Ciò significa che queste stelle erano già orfane nelle prime fasi di formazione dell’ammasso” spiega James Jee, ricercatore della Yonsei University di Seoul.

Cosa rende orfane le stelle?

Finora si pensava che le stelle potessero abbandonare il loro luogo di nascita quando la galassia a cui appartenevano si muoveva attraverso materiale gassoso nello spazio intergalattico. Nel processo, il trascinamento spinge gas e polvere fuori dalla galassia. Tuttavia, sulla base di questa nuova survey di Hubble, Jee esclude che sia questo il meccanismo principale con cui le stelle diverrebbero orfane. Infatti, la frazione di luce fantasma aumenterebbe nel tempo fino ai giorni nostri, se il trascinamento fosse l’attore principale: invece, Hubble suggerisce che essa rimanga costante per miliardi di anni.

Le attuali teorie non sono in grado di spiegare i risultati di Jee. Tuttavia, sembra che in qualche modo le stelle rimanessero orfane abbastanza facilmente nei primi anni di vita dell’Universo, a causa di una presa gravitazionale più debole. Studiandole, si potrebbe anche utilizzarle come traccianti visibili della materia oscura che avvolge l’ammasso. Infatti, se queste stelle erranti fossero state prodotte attraverso un processo relativamente recente tra le galassie, non avrebbero abbastanza tempo per disperdersi nell’intero campo gravitazionale dell’ammasso. Se invece, come Hubble suggerisce, le stelle orfane sono nate nei primi anni di vita dell’ammasso, si saranno completamente disperse in tutto l’ambiente intergalattico, cosa che consentirebbe agli astronomi di utilizzarle per mappare la distribuzione della materia oscura.

Questa tecnica è nuova e complementare al metodo tradizionale di mappatura della materia oscura, che utilizza il fenomeno di lente gravitazionale. In futuro, la capacità e sensibilità nel vicino infrarosso del James Webb estenderanno notevolmente la ricerca di stelle orfane e luce fantasma più in profondità nell’Universo, e quindi dovrebbero aiutare a risolvere il mistero.

L’articolo scientifico, dedicato allo studio e pubblicato su Nature, è reperibile qui.