L’agenzia europea dei finanziamenti alla ricerca di eccellenza ha inserito il progetto sull’origine dell’universo, vincitore nel 2016 di oltre due milioni euro, sulla propria pagina web dedicata alle storie di scienza di maggior fascino, con una lunga intervista al professor Ferrara che riproduciamo.

PISA, 14 febbraio 2025. L’European Research Council, agenzia dell’Unione europea che eroga i massimi finanziamenti continentale alla ricerca di eccellenza, ha selezionato il progetto INTERSTELLAR di Andrea Ferrara, vincitore nel 2016 di un ERC Advanced Grant (2.150.000 euro), nel gruppo di quelli di maggior fascino e impatto scientifico, inserendolo in primo piano nell'apposita pagina web di ERC (Sciences Stories).

Grazie ai finanziamenti ricevuti per il progetto, in questi anni il professor Ferrara con il suo team di ricerca della Scuola Normale ha indagato i segreti sulla prima fase di esistenza delle galassie, spostando lo sguardo sempre più indietro nel tempo, a quando l’Universo aveva circa 300 milioni di anni dopo il Big Bang, un Universo “bambino” se pensiamo ai 14,8 miliardi di anni di vita attuale.

Ferrara ha parlato dei risultati ottenuti da INTERSTELLAR in una lunga intervista a Ruth Dominghéz Anguera, realizzata in occasione di questo riconoscimento e pubblicata sul portale ERC (LINK), nella sezione dedicata a oltre 500 progetti di ricerca finanziati dal 2010 ad oggi. Riproduciamo l'intervista tradotta.

Di Ruth Domínguez Anguera

“Sapeva che ogni atomo del nostro corpo – ossigeno, sodio o qualsiasi altro elemento diverso da idrogeno ed elio – era una volta nel cuore di una stella?”, chiede Ferrara con un sorriso. “Siamo fatti di polvere di stelle. Pensi che qualcosa che mi arriva al naso adesso, per esempio, una volta era dentro una stella. Fantastico, vero?” Prima di immergersi nel suo racconto sulle prime stelle dell’universo, Ferrara condivide questo fatto affascinante.

“Ci sono innumerevoli stelle nell’universo, ma quelle che vediamo quando guardiamo il cielo stellato notturno sono solo quelle che si trovano nella nostra casa, la Via Lattea. Ci sono altre galassie come la nostra: alcune più grandi, altre più piccole e alcune si sono formate molto tempo fa”, spiega Ferrara, che nel suo lavoro cerca di capire come funzionano queste galassie, perché si sono formate così presto e come hanno prodotto le loro stelle, a partire dal combustibile disponibile: la materia interstellare.

“Le galassie sono fatte essenzialmente di tre cose: stelle, gas e granelli di polvere”, osserva. “Il mezzo interstellare è composto da gas e polvere. Contiene gas come idrogeno ed elio, insieme ad elementi più pesanti come carbonio, azoto e ossigeno, gli elementi costitutivi della vita. I granelli di polvere, invece, sono particelle solide che si condensano dalla materia densa espulsa durante l’esplosione delle stelle più massicce, conosciute come supernovae".

Avvicinamento al Big Bang

Il team di Ferrara sta esplorando l’infanzia dell’universo, “spingendo la frontiera un po’ più in là”, come dice lui, per avvicinarsi al Big Bang e scoprire le prime stelle che si formarono all’interno delle prime galassie. “Capire quando e come ciò è accaduto è uno degli obiettivi principali della cosmologia odierna”, spiega.

Tuttavia, osserva che “non esiste una data, un anno, un giorno o un mese esatto in cui si formarono le prime galassie nella storia cosmica”. Attualmente, il suo team sta osservando galassie che erano già presenti e funzionanti circa 300 milioni di anni dopo il Big Bang. Anche se potrebbe sembrare un periodo lungo, è solo una frazione dei 14,8 miliardi di anni di storia dell’universo. Ferrara dice: "Se pensiamo all'universo oggi come a un uomo di 80 anni, lo stiamo osservando a soli 20 mesi. Quando era un bambino".

Una delle ultime scoperte del suo gruppo è che queste galassie “piccole” erano ricche di elementi pesanti e polvere. Questo fatto era precedentemente sconosciuto, ma ora comincia ad essere ampiamente accettato e condiviso, sottolinea Ferrara.

La galassia più lontana

“Ci piacerebbe vedere la primissima galassia dove tutto ha avuto inizio”, dice. “Fino a quel momento l’universo era un posto un po’ noioso. Era completamente buio ed essenzialmente una palla in espansione di idrogeno ed elio. Non c'era nient'altro: niente stelle, niente luce visibile, niente. Il divertimento è iniziato quando si sono formate le prime stelle e hanno creato le prime galassie".

Scoprire di più sulla prima galassia è diventato possibile grazie al James Webb Space Telescope (JWST). Ferrara rileva che ora è il momento giusto per fare scoperte e chiudere il cerchio, poiché il JWST non durerà per sempre.

“Potremmo quindi affermare di aver visto tutto ciò che è accaduto nel nostro universo, almeno a livello di esplorazione. Comprendere questo 'tutto' rimarrà un problema, ma avere i dati e spingersi il più lontano possibile mentre il JWST è ancora operativo è molto importante”, sottolinea.

Il suo team sta attualmente studiando la galassia più distante che conosciamo, chiamata GS-z14-0. “Agli astronomi piace dare alle galassie questi nomi simili a numeri di telefono”, scherza. “Ma noi la chiamiamo GS14, in breve”. Ferrara spiega che non si aspettavano di trovare una galassia così grande e luminosa in questa fase estremamente precoce dell’evoluzione cosmica. Ma eccola lì, e ciò che stanno scoprendo è come è nata questa galassia, quali sono le sue proprietà e come si inserisce nel modello cosmologico. “È molto emozionante”, dice con entusiasmo.

Alta densità spaziale

Com'erano queste galassie lontane nei loro primi giorni? Come accennato in precedenza, una scoperta del team di Ferrara è che queste galassie “piccole” sono ricche di elementi pesanti e polvere. Tuttavia, è stato anche scoperto che le condizioni fisiche di queste galassie “piccole” erano molto diverse da quelle della nostra Via Lattea. Le principali differenze risiedono nella loro dimensione e densità.

Le osservazioni rivelano che queste galassie sono piccole, quasi 100 volte di più di quelle che ci circondano. “Le galassie crescono attraverso un processo di coagulazione”, spiega Ferrara. “Iniziano come piccoli pezzi; si formarono le primissime galassie, che poi si unirono nel tempo per creare sistemi galattici sempre più grandi.’

A causa delle loro piccole dimensioni, le stelle sono molto fitte o, più rigorosamente, la loro densità spaziale è molto elevata. Ferrara chiarisce questo concetto tracciando un parallelo con Proxima Centauri, la stella più vicina a noi dopo il Sole, situata a cinque anni luce di distanza. “Se vivesse in una di queste galassie primordiali, nel volume in cui troviamo solo una stella [Proxima Centauri] nella Via Lattea, ne troverebbe mille. Giusto per darle un’idea di quanto fossero densamente popolate le stelle nell’universo primordiale. Ci sono altre differenze, ma queste sono le principali: dimensioni e ambiente violento. Molto denso, molto turbolento, con un campo di radiazione molto forte. Non erano esattamente posti piacevoli in cui vivere, devo dire” ride.

Modello cosmologico

E perché a quei tempi le galassie erano così?

“Noi [astrofisici] lavoriamo con il modello cosmologico standard, o modello cosmologico di concordanza, il quale suggerisce che tutto ciò che si è formato e che vediamo intorno a noi oggi è essenzialmente il risultato della forza di gravità”, spiega Ferrara. “In questo quadro, si prevede che la formazione delle galassie sia gerarchica – un processo che inizia da oggetti molto piccoli e progredisce verso oggetti molto grandi, continuando indefinitamente. Anche la nostra galassia non è il punto finale di questa evoluzione; in futuro si fonderà con un altro, molto probabilmente Andromeda, il nostro vicino più prossimo. La storia dell’universo, in breve, è semplicemente l’evoluzione da pezzi minuscoli a pezzi più grandi: le galassie. Negli ultimi 10 anni abbiamo scoperto che l’universo non solo si sta espandendo, ma che questa espansione è in continua accelerazione, quindi va sempre più veloce, sempre più veloce”, continua Ferrara. “Pertanto, entro i prossimi 5 miliardi di anni, la Via Lattea si scontrerà con Andromeda, e insieme formeranno un’unica galassia.”

L'astrofisico chiarisce che questo processo di fusione costante delle galassie per formare galassie più grandi alla fine si fermerà perché l'espansione dell'universo farà a pezzi le galassie a distanze così grandi che non potranno più scontrarsi.

“L’universo diventerà così enorme che sarà impossibile vedere la luce proveniente dalle altre galassie. Quindi, i futuri abitanti della Terra – supponendo che esista una Terra in quel momento, cosa di cui dubito – o qualsiasi abitante dell’universo non vedranno mai le altre galassie. Saranno allungati a distanze così incredibilmente grandi che non saranno più visibili l'uno all'altro. Questo è il futuro del nostro universo, secondo ciò che sappiamo oggi.”

Il futuro del pianeta Terra

“Studiare l’universo ci dà la consapevolezza che viviamo in un vasto cosmo”, afferma Ferrara. "E il nostro pianeta è piccolo ma speciale, questo è certo."

Anche se non esiste un’applicazione diretta per la maggior parte di ciò su cui lavorano gli astrofisici, Ferrara spera che questi concetti ci aiuteranno ad adottare il quadro giusto per pensare alla cultura umana e offrire prospettive per il futuro. Per lui, “può essere semplice come amare la natura del nostro pianeta e comprenderne la fragilità e la bellezza”.

Quindi ci si potrebbe chiedere: come sarà il futuro del pianeta Terra?

“Anche prima di fondersi con un’altra galassia, tra meno di 5 miliardi di anni, il Sole inizierà ad espandersi. La sua superficie raggiungerà la Terra e oltre. Saremo all'interno del Sole e ciò significa che la Terra si scioglierà e alla fine scomparirà con esso. Se saremo ancora qui, quello sarà anche il nostro destino. Alla fine, la Terra non esisterà più.”

“Per quanto riguarda la collisione con un’altra galassia, non distruggerebbe necessariamente la Terra, ma potrebbe causare il distacco della Terra dal Sole. La Terra potrebbe finire alla deriva nello spazio, persa nell’immenso vuoto intergalattico tra le galassie. La collisione creerebbe un tale caos che tutti i frammenti si disperderebbero e i pianeti potrebbero essere strappati via dalle loro stelle. Diventeremmo un pianeta fluttuante in mezzo all'universo, nell'oscurità. Nemmeno questo un risultato molto buono."

Luce di speranza

“Tuttavia anche l’intelligenza dell’intero universo sta crescendo. Credo che impareremo cose che ora non possiamo nemmeno immaginare perché il nostro cervello ha dei limiti. È come cercare di insegnare a una scimmia a risolvere equazioni differenziali: non c’è modo perché il suo cervello ha un limite cognitivo. Lo stesso vale per noi. Ci sono domande che non possiamo neanche lontanamente porci”, conclude sorridendo Andrea Ferrara.