Qual è la stella più lontana la cui luce è stata vista dagli stumenti dell’uomo a quale distanza si trova dalla Terra e quanto tempo ha impiegato la sua luce ad arrivare sulla Terra? E’ possibile avere un disegno schematico e approssimativo in scala con indicati la stella in questione, la Terra e i confini dell’Universo? Grazie.

Si possono dare diverse risposte a questa domanda, a seconda di quanto strettamente si interpreta il temine “stella”. Con i telescopi a nostra disposizione, siamo oggi in grado di vedere un gran numero di stelle, sia all’interno della nostra galassia che in altre vicine. Per intenderci, la nostra galassia ha un diametro di circa 100000 anni luce, per cui la luce delle stelle più lontane della nostra galassia impiega all’incirca 50-70000 anni a raggiungere il Sistema Solare (meno di 100000 anni, dato che il Sole non è sul bordo ma all’interno della Via Lattea). Le stelle più lontane risiedono nei cosiddetti ammassi globulari, che possono essere distanti fino a poco più di 100000 anni luce dal Sole.
Per trovare stelle più lontane dobbiamo dunque uscire dalla nostra galassia. In questo caso il problema maggiore non è tanto avere la sensibilità sufficiente per rilevare le singole stelle, che di principio sarebbero brillanti a sufficienza, quanto piuttosto di distinguerle le une dalle altre: nelle galassie lontane sono compattate in una regione molto piccola del cielo milioni o miliardi di stelle, per cui tutte si confondono tra loro come i lampioni di una città lontana. In questo capo, il telescopio spaziale Hubble ha dato un contributo notevole, dato che dispone di una risoluzione angolare molto superiore rispetto a quella dei telescopi operanti a terra (in pratica, ottiene immagini molto più nitide). Uno dei cosiddetti key projects (progetti chiave) di questo strumento ha permesso di individuare stelle in galassie lontane, distanti fino a circa 50-60 milioni di anni luce (il record è detenuto dalla galassia NGC 4639, a 68 milioni di anni luce). La luce di queste stelle ha impiegato dunque circa 50-60 milioni di anni a raggiungere la Terra.
A distanze più o meno di quest’ordine, sono state osservate anche stelle di un altro tipo, dette nebulose planetarie. Queste stelle sono estremamente luminose, e in alcuni casi possono venire espulse dalla galassia che le ospitava, per cui risultano più facilmente distinguibili. Ne sono state trovate parecchie all’interno dell’ammasso di galassie della Vergine, ad una distanza di circa 52 milioni di anni luce.

Parlando di stelle singole, questa è al momento la distanza limite per osservarle. Si tratta di un valore molto piccolo se rapportato alle dimensioni dell’Universo (si vede il grafico a fine pagina). Oggi siamo a conoscenza di oggetti distanti miliardi di anni luce dal Sole, cioè quasi mille volte più lontani. Possiamo vedere le stelle che abitano queste regioni remote dell’Universo? Se pur in modo indiretto, la risposta è positiva.
Innanzi tutto, possiamo osservare le galassie. Esse sono grandi agglomerati di stelle (milioni o miliardi), e per questo sono molto più luminose delle singole stelle. Per quanto non si riesca a distinguere i singoli astri all’interno delle galassie lontane, il totale della loro luce è visibile fino a grandi distanze. Al momento, il record di distanza appartiene ad una galassia scoperta da un telescopio giapponese (il Subaru): la luce delle sue stelle ha impiegato 12.88 miliardi di anni a raggiungere la Terra (tecnicamente, questo corrisponde ad un redshift pari a z = 6.96). L’Universo, a quell’epoca, aveva “solo” 0.78 milardi di anni di età (contro i 13.66 attuali), per cui la galassia in questione era davvero “giovane”!
C’è poi un ultimo sistema per vedere singole stelle anche a grandi distanze. Al termine della loro vita, alcune stelle esplodono sotto forma di supernovae, diventando estremamente brillanti (anche se solo per poche settimane). Sono così brillanti da rivaleggiare in luminosità con le galassie che le ospitano, e per questo sono osservabili da enormi distanze. Pur essendo diverse da come siamo abituati a pensarle, le supernovae identificano effettivamente singole stelle. Al momento, la supernova più lontana conosciuta (z = 1.7) ha una distanza tale per cui la luce ha impiegato 9.77 miliardi di anni a raggiungere la Terra. Per quanto notevolmente più vicina della galassia sopra citata, si tratta comunque di una distanza ragguardevole, corrispondente a più della metà dell’età dell’Universo.
Esiste anche un altro modo in cui le stelle possono esplodere, ancora più potente e “fragoroso”: alcune stelle muoiono emettendo un impulso di raggi gamma, o GRB (dall’inglese gamma-ray burst). Questi eventi sono così luminosi da essere osservabili da un capo all’altro dell’Universo. Al momento, il record è in mano al GRB 050904 (z = 6.29), la cui luce ha impiegato 12.77 miliardi di anni a raggiungere la Terra. Come si può vedere, questa distanza è simile a quella della galassia più lontana, pur trattandosi in questo caso di una singola stella!

Il grafico sotto riporta in scala i tempi impiegati dalla luce a raggiungere la Terra partendo degli oggetti sopra trattati. In cosmologia, risulta più comodo parlare proprio dei “tempi di viaggio” che la luce ha impegato per giungere a noi, piuttosto che delle distanze, dato che per oggetti lontani la definizione di distanza diventa sottile e meno immediata da trattare. Come si vede, NGC 4639 (la più lontana galassia di cui sono state osservate le singole stelle) è così vicina a noi, rispetto alla scala dell’Universo, che la tacca corrispondente non si distingue nemmeno da quella che indica la Terra. Al contrario, le distanze della supernova (SN 1997ff) e del GRB più lontani sono ben confrontabili con la scala dell’intero Universo. Un po’ per volta, dunque, ci stiamo spingendo verso i confini più remoti, anche se di strada da fare ce ne è ancora tanta!

Nota tecnica. Il redshift, indicato con la lettera z, è un parametro molto utile in cosmologia, ed è il modo standard e meno ambiguo per indicare le distanze. Grandi redshift corrispondono a grandi distanze dalla Terra, tempi remoti, e quindi oggetti formati da meno tempo. A partire dal redshift, si può determinare il tempo impiegato dalla luce a raggiungerci. I valori riportati sono stati calcolati usando i seguenti valori per i parametri cosmologici: H₀ = 71 km/s/Mpc, Ω_m = 0.27, Ω_Λ = 0.73.