Oggi è una teoria ampiamente accettata che quando le prime stelle si formarono nel nostro Universo (circa 13 miliardi di anni fa), si unirono rapidamente per formare ammassi globulari. Questi ammassi si sono poi uniti ad altri per formare le prime galassie, che da allora sono cresciute attraverso fusioni e si sono evolute. Per questo motivo gli astronomi sospettano da tempo che le stelle più antiche dell'Universo si trovino negli ammassi globulari.
Lo studio delle stelle in questi ammassi è quindi un mezzo per determinare l'età dell'Universo, che è ancora soggetto a qualche congettura. In questo senso, un team internazionale di astronomi e cosmologi ha recentemente condotto uno studio sugli ammassi globulari per dedurre l'età dell'Universo. I loro risultati indicano che l'Universo ha circa 13,35 miliardi di anni, un risultato che potrebbe aiutare gli astronomi a saperne di più sull'espansione del cosmo.
Il loro studio, intitolato “ Dedurre l'età dell'universo con gli ammassi globulari ”, è apparso di recente online ed è stato sottoposto all'esame delJournal of Cosmology and Astroparticle Physics. Lo studio è stato condotto da David Valcin, un ricercatore pre-dottorato del Istituto di Scienze del Cosmo presso l'Università di Barcellona (ICCUB), a cui si è unito un team proveniente da Francia, Spagna e Stati Uniti.
Ammassi globulari nella Via Lattea, sulla base dei dati dell'Osservatorio Gaia dell'ESA. Copyright: ESA/Gaia/DPAC;
Come notato, gli ammassi globulari sono di particolare interesse per gli astronomi data la loro natura insolita. Queste raccolte sferiche di stelle si trovano nell'alone di una galassia che orbita oltre il nucleo galattico e sono considerevolmente più densi degli ammassi aperti (che si trovano nel disco della galassia). La maggior parte degli ammassi globulari ha anche un'età uniforme e contiene stelle più vecchie che sono entrate nella loro fase del ramo rosso-gigante (RGB).
Infatti, studi sugli ammassi globulari della Via Lattea hanno dimostrato che al loro interno esistono alcune delle stelle più antiche della nostra galassia. Sebbene le origini degli ammassi globulari e il loro ruolo nell'evoluzione galattica siano ancora un mistero, gli astronomi credono che lo studio di queste collezioni di vecchie stelle fornirà preziose informazioni su entrambi. Come Valcin e i suoi colleghi hanno condiviso con Universe Today via e-mail:
“Gli ammassi globulari sono tra le prime strutture stellari formate nell'Universo e quindi possono essere usati come un buon stimatore dell'epoca della formazione delle galassie e delle stelle per dedurre l'età dell'Universo. Da un punto di vista astrofisico, forniscono una ricchezza di informazioni sulla formazione e l'evoluzione di galassie e stelle».
Per il bene del loro studio, il team ha esaminato 68 ammassi globulari galattici, che sono stati osservati dall'Advanced Camera for Surveys (ACS) del telescopio spaziale Hubble. Nello specifico, hanno studiato la distribuzione delle stelle in questi ammassi in base alla loro magnitudine, che è stata ottenuta utilizzando una versione modificata di isocrone per modellare i dati.
Gli ammassi globulari M80 (a sinistra) e NGC 1866 (a destra) mostrano sia stelle rosse più vecchie che stelle giovani blu. Credito: NASA/HHT/STScI/AURA/ESA/Hubble e NASA.
Questo pacchetto software prende la fotometria sintetica fornita dai modelli stellari e quindi interpola la loro magnitudine in base a dove si trovano stelle della stessa massa sulla pista evolutiva alla stessa età. Come ha spiegato Valdin:
“Utilizzando il catalogo del rilevamento degli ammassi globulari di Sarajedini et al (2007) con l'Hubble Space Telescope, abbiamo estratto le informazioni dal Color Magnitude Diagram of Globular clusters usando isocrone teoriche (le isocrone sono un insieme di modelli stellari calcolati alla stessa età per un gamma di masse diverse). Infatti il modo in cui le stelle sono distribuite nel diagramma in base alla loro magnitudine e colore può vincolare la sensibilità ai parametri delle isocrone stellari, che corrispondono a una popolazione di stelle con la stessa età
Allo stesso modo, la squadra ha fatto affidamento sul Mesa Isocrone e Tracce Stellari (MIST) modello stellare, così come il Database dell'evoluzione stellare di Dartmouth (DSED). Alla fine, hanno ottenuto una stima dell'età media dei più antichi cluster globali di 13,13 miliardi di anni. Dopo aver preso in considerazione il tempo necessario per la formazione di questi ammassi globulari, sono stati in grado di dedurre una stima dell'età di 13,35 miliardi di anni.
Questo risultato ha un livello di confidenza del 68% e include un intervallo di incertezza di ±0,16 miliardi di anni (statistico) e ±0,5 miliardi di anni (sistemico). Tale valore è compatibile con la precedente stima di età di 13,8 ± 0,02 miliardi di anni, desunta dai dati ottenuti dalla missione Planck sul Sfondo cosmico a microonde (CMB) – la radiazione di fondo residua creata dal Big Bang che è visibile in tutte le direzioni.
La linea temporale del Big Bang dell'Universo. I neutrini cosmici influenzano il CMB nel momento in cui è stato emesso e la fisica si occupa del resto della loro evoluzione fino ad oggi. Credito: NASA / JPL-Caltech / A. Kashlinsky (GSFC).
Inoltre, la stima precedente dipende dal modello cosmologico ?CDM, una versione del modello del Big Bang che contiene tre componenti principali: Energia Oscura (?), Materia Oscura 'fredda' (CDM) e materia ordinaria. Ciò significa essenzialmente che gli ammassi globulari possono essere utilizzati per vincolare con precisione l'età dell'Universo in un modo che non dipende da modelli teorici.
Inoltre, poiché le loro stime di età sono coerenti con le stime basate sull'espansione cosmica, queste informazioni potrebbero anche fornire indizi su quest'ultima. Naturalmente, Valdin e i suoi colleghi riconoscono che sono necessarie più osservazioni e dati se gli scienziati sperano di capire perché c'è stata storicamente una tale discrepanza tra le stime di età in primo luogo:
“Nella continua incertezza sull'espansione dell'Universo, è importante raccogliere più dati la cui interpretazione sia il più indipendente possibile dalla cosmologia, per comprendere l'origine della discrepanza. Anche se gli ammassi globulari non forniscono una misurazione diretta dell'espansione, ci consentono di vincolare l'età dell'Universo, che può essere correlata all'espansione.
“Anche l'età dell'universo è determinata dalle osservazioni della CMB, ma questa determinazione dipende molto dal modello. Un aspetto prezioso della stima dell'espansione è il fatto che è ottenuta senza assumere alcun modello cosmologico. L'accordo tra queste due misurazioni può essere utilizzato per confermare aspetti importanti del modello cosmologico».
Altri membri del gruppo di ricerca includevano astronomi e cosmologi dell'Università di Barcellona, della Johns Hopkins University, del Istituto catalano per la ricerca e gli studi avanzati (ICREA), l'Università della Sorbona di Parigi e il Flatiron Institute Center for Computational Astrofisica.
Ulteriori letture: arXiv