Le stelle brillano perché al loro interno avviene la fusione nucleare, che libera energia. Quando una stella massiccia esaurisce il proprio combustibile nucleare, la pressione di radiazione non è più in grado di controbilanciare la gravità e l’astro collassa fino a ridursi a un unico punto: la cosiddetta singolarità.

Sebbene la formazione di un buco nero appaia plausibile, i buchi neri restano una sfida notevole per la scienza. Come possono dieci miliardi di masse solari concentrarsi in un unico punto minuscolo? Come può lo spaziotempo curvarsi all’infinito in quel punto? Lì, nella singolarità, le leggi della fisica crollano, rendendo impossibile prevedere ciò che accade. Inoltre, i buchi neri nascondono ogni informazione all’osservatore: tutto, compresa la luce, scompare irrimediabilmente oltre l’orizzonte degli eventi.

È possibile che i buchi neri siano in realtà oggetti completamente diversi, come stelle ultracompatte che non possono essere osservate a causa della loro intensa gravità e, per questo, vengono chiamate gravastar. Oltre alla materia ordinaria presente nei loro strati esterni, sarebbero colme di energia oscura, che esercita una pressione verso l’esterno e ne stabilizza la massa, altrimenti tendente a collassare. Le gravastar sono più facili da accettare per i fisici rispetto ai buchi neri perché non coinvolgono né una singolarità né un orizzonte degli eventi e, tuttavia, sono quasi altrettanto massicce e compatte. Ciò che era rimasto poco chiaro, tuttavia, era come tali oggetti potessero formarsi in pratica.

Un mini universo in espansione potrebbe controbilanciare la materia in collasso di una stella, creando così una gravastar stabile. Crediti: Daniel Jampolski and Luciano Rezzolla, Goethe University Frankfurt

I due fisici teorici Daniel Jampolski e Luciano Rezzolla della Goethe University hanno ora presentato per la prima volta una soluzione dinamica alle equazioni di campo della relatività generale di Albert Einstein che descrive il collasso di una stella e la possibile formazione di una gravastar. La soluzione – pubblicata su Physical Review D – mostra come il collasso possa innescare la creazione di un mini-universo all’interno della materia che collassa, non molto diversamente dal Big Bang da cui è emerso il nostro universo. E come per il nostro universo, anche la sua espansione è guidata dall’energia oscura.

In questo modo, l’espansione del nuovo universo contrasta le forze gravitazionali e arresta il collasso della stella prima che possa formarsi un buco nero. Si instaura così un equilibrio tra il mini-universo in espansione e la materia in collasso, ed è proprio questo equilibrio a dare origine a una gravastar stabile. Con questa soluzione alla relatività generale, i fisici di Francoforte hanno fornito la prima risposta a una domanda dibattuta da 25 anni: come si formano le gravastar durante il collasso della materia ordinaria?

«Il Big Bang dell’universo nascente può verificarsi quando la stella è già collassata quasi al punto da diventare un buco nero», spiega Jampolski, che ha scoperto la soluzione nella sua tesi di laurea magistrale sotto la supervisione di Rezzolla, professore di astrofisica teorica alla Goethe University. Il comportamento della materia estremamente compressa, ancora non compreso, lascia spazio a una nuova fisica: «È più facile immaginare che il Big Bang avvenga solo in una fase molto avanzata, quando la materia è già stata compressa a un livello estremo, dando così origine a nuovi effetti».

«Cercare alternative ai buchi neri non dovrebbe suggerire scetticismo nei loro confronti, poiché essi rappresentano ancora la soluzione più naturale e semplice al destino del collasso gravitazionale», conclude Rezzolla. «Tuttavia, come scienziati in generale, e come fisici teorici in particolare, è essenziale mantenere un approccio imparziale verso ciò che non conosciamo ed esplorare quindi sia l’opinione diffusa sia le interpretazioni più esotiche. La storia ci insegna che non è insolito che queste ultime diventino le prime».

Per saperne di più:

• Leggi su Physical Review D l’articolo “Formation of gravastars” di Daniel Jampolski e Luciano Rezzolla

Scoperto un enorme serbatoio di gas molecolare freddo in una galassia massiccia in piena fase di formazione nell’universo lontano. Il team di ricerca, guidato dall’Università di Leiden, ha osservato Rebels-25 quando l’universo aveva solo circa 700 milioni di anni, ovvero intorno al 5 per cento della sua età attuale. La galassia, infatti, si trova a un redshift di 7,3, corrispondente al cuore dell’epoca della Reionizzazione: un’era chiave in cui le prime stelle e galassie hanno trasformato l’universo oscuro e neutro in quello che vediamo oggi intorno a noi.

ll team di ricerca ha utilizzato il Very Large Array (Vla) della National Science Foundation statunitense (Nsf), un radiotelescopio situato nella contea di Socorro, nel New Mexico, combinandolo con i dati dell’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma), nelle Ande cilene, per cercare la debole emissione radio delle molecole di monossido di carbonio (CO), firma del gas molecolare cosmico.

Immagine della galassia Rebels-25, scattata dall’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma). Crediti: Aalm (Eso/Naoj/Nrao)/L. Rowland et al.

Le osservazioni hanno rivelato la presenza di una linea specifica del CO che traccia il gas freddo: si tratta della rilevazione di CO a bassa energia più distante nell’universo a oggi nota. La luminosità del segnale suggerisce che Rebels-25 possedesse già una grandissima riserva di materiale per la formazione stellare quando l’universo era molto giovane. I dati a più alta energia acquisiti con Alma, combinati con i risultati del Vla, hanno permesso di definire anche la densità e la temperatura del gas nelle condizioni dell’universo primordiale.

La sfida osservativa a cui ha dovuto far fronte il team di ricerca è quella di riuscire a rivelare le deboli linee di CO a bassa energia così indietro nella storia cosmica. Il fondo cosmico a microonde (Cmb) – la radiazione fossile risalente a poco dopo il Big Bang – agisce infatti come uno sfondo che riduce il contrasto dell’emissione del gas freddo. Questo effetto si accentua drasticamente ad alti redshift, dove il Cmb diventa significativamente più luminoso, rendendo queste osservazioni estremamente difficili.

Questa illustrazione traccia l’evoluzione dell’universo dal Big Bang ai giorni nostri, mettendo in evidenza Rebels-25, una galassia prontamente distante osservata durante l’epoca della reionizzazione, 13 miliardi di anni fa. Nuove e profonde osservazioni con il Vla e Alma rivelano che Rebels-25 possedeva già un enorme serbatoio di gas molecolare freddo — il combustibile diretto per la formazione stellare — quando l’universo aveva appena 700 milioni di anni. Crediti: Nsf/Aui/Nsf/Nrao/M.Weiss

Il lavoro mostra come le galassie con appena 700 milioni di anni di vita dopo il Big Bang contenessero già grandi serbatoi di gas freddo disponibili per la nascita di nuove stelle, offrendo una comprensione chiave di come i primi sistemi siano diventati così massicci così rapidamente. Rilevando il combustibile stesso della formazione stellare, gli astronomi possono ora misurare direttamente il gas che guida questa rapida crescita, anziché doverlo dedurre per via indiretta.

Questo risultato prefigura le potenzialità del Next-Generation Very Large Array (ngVla), un radiotelescopio pianificato dal National Radio Astronomy Observatory che includerà antenne in tutto il New Mexico, nel Texas occidentale, nell’Arizona orientale, nel Messico settentrionale e in tutto il Nord America. L’ngVla effettuerà questo tipo di misure circa dieci volte più velocemente, consentendo rilevazioni su campioni molto più ampi di galassie primordiali. Rebels-25 potrebbe essere solo la punta dell’iceberg: in coppia con Alma, l’ngVla permetterà di mappare nel dettaglio come le galassie abbiano accumulato carburante e siano cresciute durante l’alba cosmica.

Per saperne di piú:

• Leggi su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society l’articolo “Direct detection of cool molecular gas in a star-forming galaxy at z=7.31”, di K. Cescon et al.

Lo scorso novembre un gruppo di astrofisici dell’Università Yonsei (Corea del Sud), guidato da Young-Wook Lee, pubblicò uno studio su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, ripreso anche qui su Media Inaf, nel quale si sosteneva che l’universo fosse già entrato in una fase di espansione rallentata almeno un miliardo di anni fa. Un’affermazione che, se confermata da successivi studi, avrebbe portato a una crisi del modello cosmologico standard Lambda-Cdm, che descrive un universo in espansione accelerata guidata dall’energia oscura. Ora però uno studio guidato da Phil Wiseman dell’Università di Southampton sembra aver scongiurato la crisi: l’articolo che riporta i risultati, pubblicato la settimana scorsa su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, conferma infatti l’espansione accelerata.

In particolare, lo studio si è basato sull’osservazione delle supernove di tipo Ia, utilizzate come candele standard per misurare le distanze cosmologiche grazie all’andamento standardizzabile della loro curva di luce. Misurando anche lo spostamento verso il rosso della luce osservata, è possibile ottenere la velocità di espansione in corrispondenza di diverse distanze spazio-temporali ed evidenziarne così l’accelerazione. Nel 1998, proprio grazie all’osservazione delle supernove di tipo Ia, Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt e Adam Riess scoprirono l’espansione accelerata dell’universo, risultato che valse loro nel 2011 il premio Nobel per la fisica.

Questa immagine combina i dati provenienti da quattro telescopi spaziali per offrire una visione multibanda di ciò che resta di RCW 86, il più antico esempio documentato di supernova. Crediti raggi X: Nasa/Cxc/Sao & Esa; Infrarossi: Nasa/Jpl-Caltech/B. Williams (Ncsu)

«Affermazioni straordinarie richiedono verifiche particolarmente accurate», dice Riess, che, insieme a Schmidt, è anche fra i coautori del nuovo studio condotto da Wiseman. «Quello che abbiamo riscontrato è che, quando calibriamo queste supernove tenendo conto dei diversi ambienti che le ospitano e delle diverse popolazioni, le prove a sostegno dell’accelerazione cosmica rimangono straordinariamente coerenti».

Secondo lo studio del 2025 del team sudcoreano, infatti, con l’avanzare dell’età dell’universo le supernove Ia presentano luminosità massime diverse: questo indurrebbe gli astronomi a ritenere – erroneamente, stando agli autori del precedente articolo – che l’universo stia accelerando mentre in realtà starebbe rallentando. Lettura ora contestata dal team guidato da Wiseman, che ha individuato un errore nel modo in cui veniva stimata l’età delle stelle: in particolare, i risultati dello studio di novembre partivano dal presupposto – errato – che l’età di una galassia fosse la stessa dell’età della stella esplosa in supernova. Non solo: gli autori del nuovo articolo contestano allo studio sudcoreano il fatto di non tenere conto della massa delle galassie ospiti, una correzione standard utilizzata nella cosmologia moderna per dimostrare l’accuratezza.

«Le misurazioni precedenti, ampiamente accettate, erano in realtà corrette e la nostra attuale comprensione del destino dell’universo rimane solida», sostiene Wiseman. «Fortunatamente abbiamo scongiurato questa crisi, ma rimane il mistero sul perché il tasso di espansione dell’universo continui ad accelerare. Avendo dimostrato che le nostre misurazioni sono corrette, possiamo ora tornare a cercare di capire cosa sia effettivamente questa energia oscura, piuttosto che chiederci se esista davvero».

Anche se la crisi pare scongiurata, il fatto che teorie e osservazioni precedenti vengano messe in discussione è fondamentale per la scienza, sottolinea un altro fra i coautori del nuovo studio, Mark Sullivan, dell’Università di Southampton: «È così che si compiono progressi. Sebbene quest’idea non si sia rivelata corretta, ha aperto nuove vie di pensiero su come esplodono le supernove e su come possiamo misurare l’energia oscura in modo più accurato».

«Recentemente ci siamo concentrati molto sull’astrofisica delle esplosioni e su come queste influenzino la cosmologia», conclude Brodie Popovic, coautore dello studio. «Questa è stata una buona occasione per tornare indietro e rivedere tutte le nostre ipotesi: a quanto pare, sì, comprendiamo davvero questi fenomeni e ne teniamo conto nelle nostre misurazioni cosmologiche».

Per saperne di più:

• Leggi su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society l’articolo “Still accelerating: type Ia supernova cosmology is robust to host galaxy age evolution” di Phil Wiseman, Brodie Popovic, Mark Sullivan, Adam G. Riess, Dan Scolnic, Rebecca C. Chen, Tamara M. Davis, Lluís Galbany, Isobel M. Hook, Saurabh W. Jha, Lisa Kelsey, Yukei S. Murakami, Mickaël Rigault, Benjamin M. Rose, Brian Schmidt, Mat Smith e Maria Vincenzi