Fra gli astri che ci sono più vicini, le nane rosse sono tanto numerose quanto tutti gli altri tipi di stelle messi insieme. Nella nostra galassia la tendenza generale è che le stelle piccole sono più abbondanti di quelle grandi, proprio come sulla spiaggia ci sono più sassolini che rocce. Ciò ha portato molti astronomi a ritenere che fosse loro visibile soltanto la punta dell'iceberg e che molte più nane rosse estremamente deboli fossero ai limiti della rilevazione per gli strumenti posti sulla Terra.

Secondo la teoria dell'evoluzione stellare, le stelle tanto piccole quanto l'8% della massa solare sono ancora in grado di brillare grazie ai processi di fusione nucleare.

Nell'ultimo ventennio, i teorici hanno suggerito che le stelle con la massa più piccola dovrebbero essere anche le più numerose e perciò potrebbero fornire una soluzione al problema della materia oscura. Ciò pareva essere avallato da precedenti osservazioni effettuate con telescopi a terra, che suggerivano un'inaspettata abbondanza di quelle che sembravano essere stelle rosse ai più deboli livelli di rilevazione raggiungibili da terra.

Tuttavia tali osservazioni erano incerte, visto che la luce proveniente da questi deboli oggetti viene offuscata dalle turbolenze dell'atmosfera terrestre. Questo fa sì che le stelle rosse appaiano indistinguibili dalle galassie più distanti.

Le peculiarità di Hubble hanno consentito all'èquipe di astronomi guidata da Bahcall e Gould di osservare stelle rosse che sono 100 volte più fioche di quelle osservabili da terra - un livello in cui le stelle possono essere facilmente distinte dalle galassie. L'elevata capacità risolutiva di Hubble può anche separare le stelle deboli da un gran numero di galassie, risolvendo le stelle come punti di luce distinti, ben differenti dalla chiazza confusa di una galassia remota.

Bahcall e Gould, assieme ai loro colleghi Chris Flynn e Sophia Kirhakos (pure dell'Institute for Advanced Study di Princeton), hanno adoperato le immagini di aree celesti prese casualmente con la Wide Field Planetary Camera 2 del telescopio spaziale, mentre Hubble stava compiendo varie osservazioni programmate usando altri strumenti. Contando semplicemente il numero di stelle deboli nelle aree osservate, gli scienziati hanno dimostrato che la Via Lattea ha una quantità relativamente bassa di fioche stelle rosse.

Le osservazioni di Hubble mostrano che le deboli stelle rosse costituiscono non più del 6% della massa presente nell'alone galattico, e non più del 15% della massa presente nel disco della Via Lattea. L'alone galattico è una vasta regione sferica che avvolge le spirali di stelle della Via Lattea di cui fa parte il nostro Sole.

Per coincidenza, Paresce ha continuato la ricerca di deboli nane rosse, dopo che la sua curiosità era stata solleticata da un'immagine di Hubble presa vicino al nucleo dell'ammasso globulare NGC 6397. Era rimasto sorpreso nell'osservare che la zona interna era talmente sprovvista di stelle, che si poteva vedere attraverso l'ammasso in direzione di galassie retrostanti più lontane. Le simulazioni al computer basate su modelli di popolazione stellare avevano predetto che il campo di osservazione avrebbe dovuto essere saturato di stelle deboli. Ma non è stato così.

La sensibilità e la capacità di risoluzione del telescopio spaziale hanno permesso a Paresce, e ai collaboratori Guido De Marchi (membro dello Space Telescope Science Institute e dell'Università di Firenze) e Martino Romaniello (Università di Pisa) di condurre lo studio più accurato per datare la popolazione dell'ammasso (gli ammassi globulari sono antichi, veri e propri laboratori per studiare l'evoluzione stellare). Sorprendentemente Paresce ha trovato che le stelle con 1/5 di massa del Sole sono molto abbondanti - ci sono, infatti, circa 100 stelle di questo tipo per ogni singola stella con massa uguale a quella del Sole -, ma le stelle sotto questo livello sono rare. "Le stelle molto piccole semplicemente non esistono", ha detto Paresce.

Una stella nasce come risultato del collasso gravitazionale di una nube di gas interstellare e polveri. La contrazione si ferma quando il gas diventa caldo e denso abbastanza per innescare la fusione nucleare, facendo in modo che la stella bruci e irradi energia. "Ci deve essere una massa limite sotto la quale il materiale è instabile e non può dar vita a una stella", sottolinea Paresce. "Apparentemente sotto questa soglia la natura interrompe il processo di formazione".

Paresce ha considerato la possibilità che le stelle con piccola massa si siano formate molto tempo fa e che siano state lanciate fuori dall'ammasso a causa delle interazioni con stelle più massicce all'interno dell'ammasso stesso o durante il passaggio attraverso il piano galattico. Presumibilmente tale passaggio non dovrebbe essere straordinario per circa 150 ammassi globulari che orbitano attorno alla Via Lattea. Tuttavia le stelle gettate via dovrebbero poter essere ritrovate nell'alone galattico, ma i risultati di Bahcall non confermano questa spiegazione.

Le scoperte di Hubble sono l'ultimo contributo ad una serie di recenti e affascinanti osservazioni astronomiche, che stanno tentando di "catturare" la sfuggente verità sulla "massa mancante" dell'universo.

I modelli che descrivono l'origine dell'elio e degli altri elementi leggeri durante la nascita dell'universo, il Big Bang, predicono che meno del 5% dell'universo è costituito da "materia normale", come neutroni e protoni. Questo significa che più del 90% dell'universo deve essere costituito da materia sconosciuta che non emette alcuna radiazione che possa essere rilevata con l'attuale strumentazione. Tra i candidati per la materia oscura ci sono buchi neri, stelle a neutroni e una varietà di strane particelle elementari.

Nell'ultimo anno gli astronomi hanno scoperto indirettamente l'esistenza di un altro candidato per la materia oscura, chiamato MACHO (MAssive Compact Halo Objects = oggetti massicci e compatti dell'alone). Tali precedenti osservazioni hanno rilevato vari esempi di un qualche oggetto invisibile che casualmente si trova lungo la linea di visione di una stella extragalattica. Quando l'oggetto è in allineamento fra la Terra e una stella lontana, amplifica, o distorce gravitazionalmente, la luce di tale stella.

Le nuove scoperte del telescopio spaziale dimostrano che le deboli stelle rosse non sono numerose abbastanza per spiegare i fenomeni di distorsione gravitazionale attribuiti ai MACHO. Bahcall, tuttavia, avverte che il suo risultato non esclude altri oggetti dell'alone che possono essere più piccoli delle nane rosse, come ad esempio le nane brune, oggetti non abbastanza massicci per bruciare idrogeno ed emettere luce visibile.

Un'ulteriore prova indiziaria della materia oscura nell'alone della nostra galassia è stata dedotta dalla sua influenza gravitazionale sui moti stellari all'interno del disco della Via Lattea. Recentemente quest'idea è stata avallata da osservazioni effettuate a terra da Peggy Sachett dell'Institute for Advanced Study, le quali mostrano una debole luminescenza intorno ad una vicina galassia a spirale, che costituisce il presunto aspetto di un alone composto da materia oscura. Tale luce potrebbe provenire sia dalla materia oscura stessa, sia da stelle che ne rivelano la presenza nella galassia.

L'esistenza della materia oscura è stata dedotta anche dai movimenti delle galassie negli ammassi, dalle caratteristiche dei gas ad alta temperatura presenti negli ammassi e dalle rispettive quantità di elementi leggeri e di isotopi prodotti nel Big Bang.

L'estremo destino dell'universo sarà determinato dalla quantità di materia oscura. Gli astronomi hanno calcolato che la quantità di materia osservata nell'universo - pianeti, stelle, galassie - non è in grado di esercitare un'attrazione gravitazionale sufficiente per fermare l'espansione iniziata con il Big Bang. Perciò, se l'universo contiene meno materia di una certa densità critica, continuerà ad espandersi per sempre; ma se esiste questa misteriosa materia oscura a sufficienza, un giorno le attrazioni gravitazionali combinate faranno sì che l'universo si fermi ed eventualmente collassi.

"Il problema della materia oscura", sottolinea Bahcall, "rimane uno degli enigmi fondamentali della fisica e dell'astronomia. I nostri risultati non fanno che complicare la questione su cosa sia la materia oscura".

I risultati di Bahcall sono comparsi sull'Astrophysical Journal dell'1 novembre 1994. Gli studi di Paresce compariranno sull'Astrophysical Journal del 10 febbraio 1995.

Lo Space Telescope Science Institute è gestito dall'Association of Universities for Research in Astronomy, unita alla NASA e collegata con il Goddard Space Flight Center di Greenbelt (Maryland). Il telescopio spaziale Hubble è un progetto di cooperazione internazionale tra la NASA e l'ESA (European Space Agency = Ente Spaziale Europeo).