Quando è comparsa l’acqua nell’Universo: studio svela l’origine precoce della fonte di vita

L'acqua, la cui formula molecolare è H₂O, è l'elemento più prezioso sulla Terra, essendo la fonte stessa della vita. È proprio in un ambiente acquatico, il cosiddetto brodo primordiale, che tra i 3,5 e i 3,8 miliardi di anni fa sul nostro pianeta nacquero i primi esseri viventi, microscopici organismi unicellulari da cui tutto ha avuto inizio. L'acqua è anche un componente fondamentale del nostro organismo, occupandone ben il 60 percento; non a caso, per sopravvivere, abbiamo costantemente bisogno di bere acqua. Se sappiamo da tempo quando è schioccata la scintilla della vita sulla Terra grazie all'acqua, fino ad oggi non sapevamo quando avesse avuto origine l'acqua nell'Universo. Grazie a un nuovo studio, tuttavia, è stato determinato che si tratta di un composto antichissimo, molto più vecchio di quanto credessimo. L'acqua, infatti, secondo i risultati della ricerca era già presente nell'Universo “bambino”, tra i 100 e i 200 milioni di anni dopo il Big Bang, l'evento che ha dato vita all'espansione universale.

A determinare che l'acqua è un elemento talmente antico nell'Universo da essere emerso poco dopo il Big Bang è stato un team di ricerca internazionale guidato da scienziati britannici dell'Istituto di cosmologia e gravitazione dell'Università di Portsmouth, che hanno collaborato a stretto contatto con i colleghi del Dipartimento di Fisica – Facoltà di scienze dell'Università degli Emirati Arabi Uniti. I ricercatori, coordinati dal professor Daniel Whalen, cosmologo presso l'ateneo del Regno Unito, sono giunti alle loro conclusioni dopo aver condotto specifiche simulazioni con modelli al computer. Fino ad oggi si riteneva che le probabilità di avere acqua nell'“infanzia” dell'Universo fossero poche per via del fatto che un elemento pesante come l'ossigeno in quella fase non sarebbe stato abbondante. Questo atomo, così come altri, viene prodotto dalle reazioni di fusione nucleare nel cuore delle stelle, attraverso la congiunzione di atomi più leggeri. Si ritiene che le prime stelle dell'Universo primordiale fossero prevalentemente di elio e idrogeno e non avessero le condizioni ideali di pressione e temperatura per dar vita ad abbondanti concentrazioni di ossigeno, che sarebbero emerse solo successivamente passando di generazione stellare in generazione stellare (la nucleosintesi), determinate dalle esplosioni chiamate supernovae.

Il professor Whalen e colleghi, attraverso complesse simulazioni al computer, hanno fatto esplodere supernovae di stelle primordiali con masse di 13 e 200 volte quelle del Sole, scoprendo che in realtà era sufficiente un solo secondo dalla loro apocalittica esplosione per osservare la fusione di atomi leggeri in ossigeno, con aloni di gas interstellari che si dipanavano sino a oltre 1.600 anni luce dall'origine della supernova. Il rapido raffreddamento di questi aloni, mostra la simulazione, permette anche a formazione dell'idrogeno molecolare, che è il secondo “ingrediente” chiave della molecola di acqua.

In sostanza, queste simulazioni al computer mostrano che in realtà anche le stelle dell'Universo bambino, quando morivano, avevano caratteristiche tali da permettere la formazione di acqua nello spazio interstellare, proprio grazie all'unione dei sottoprodotti ossigeno e idrogeno molecolare. Secondo i calcoli degli esperti, la quantità di acqua presente nelle galassie primordiali era un decimo di quella presente oggi nella nella nostra galassia, la Via Lattea, quindi era già un elemento molto abbondante sin poco tempo dopo il Big Bang, condensato in grandi nubi molecolari.

“I siti primari di produzione di acqua in questi resti sono i nuclei di nubi molecolari dense, che in alcuni casi sono stati arricchiti con acqua primordiale a frazioni di massa che erano solo un fattore di poco al di sotto di quelle del Sistema solare odierno. Questi nuclei densi e polverosi sono anche probabili candidati per la formazione di dischi protoplanetari”, hanno spiegato il professor Whalen e colleghi nell'abstract dello studio. I dettagli della ricerca “Abundant water from primordial supernovae at cosmic dawn” sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Nature Astronomy.