di
Paolo Centofanti
Sono nati prima i buchi neri supermassicci o le galassie? Grazie al telescopio spaziale James Webb abbiamo una risposta che mette in discussione la nostra comprensione dell'Universo primordiale
Siamo ormai ragionevolmente certi che al centro di ogni galassia ci sia un buco nero supermassiccio. Per lo più si pensava che questi mostri giganteschi, con una massa pari a milioni se non miliardi di volte la massa del nostro Sole, si formassero tramite la fusione nel tempo di più buchi neri di classe stellare, nati cioè dal collasso di stelle alla fine del loro ciclo. Ma le osservazioni del telescopio spaziale James Webb stanno rimettendo in discussione tutto ciò. Grazie alla capacità di questo incredibile strumento di spingersi fino a poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang, sono state scoperte galassie e ora anche buchi neri così grandi, che rendono difficile capire come possano aver raggiunto certe dimensioni in così poco tempo.L'ultima sensazionale scoperta riguarda un oggetto denominato Abell2744-QSO1 o più semplicemente QSO1, in gergo chiamato "un piccolo puntino rosso" perché così appare nelle immagini del telescopio James Webb. Un nuovo studio conferma infatti quanto si ipotizzava: questo oggetto che esisteva 700 milioni dopo il Big Bang non è altro che un buco nero supermassiccio, con una massa di circa 50 milioni di volte quella del Sole. La cosa sorprendente è che questo buco nero non si trova al centro di una galassia, ma si è formato al di fuori di essa e anzi potrebbe essere il seme che ne porterà (o considerati i 13 miliardi di anni passati da quando la sua luce ci ha raggiunto ha già portato) alla nascita di una.Le tre immagini ripetute di Abell2744-QSO1 prodotte dalla lente gravitazione del cluster di galassie.Lo studio, che ha visto la partecipazione di ricercatori dell'Università di Cambridge nel Regno Unito e dell'Università di Firenze, ha determinato la massa di QSO1 studiando la curva di rotazione dei gas che circondano il nucleo. Ciò è stato possibile perché l'immagine di QSO1 ci appare ingrandita e triplicata per effetto della lente gravitazionale prodotta dal cluster di galassie Abell 2744 - da cui il nome completo del corpo celeste. Attraverso l'integral field unit (IFU) dello strumento NIRSpec (Near Infrared Spectrograph), i ricercatori hanno mappato la distribuzione e il movimento della nube di gas intorno al puntino rosso, scoprendo che la curva di rotazione seguiva un moto di tipo kepleriano. "Questo è importante perché ci dice che la maggior parte della massa di QSO1 è concentrata nel buco nero al centro", ha detto Ignas Juodžbalis co-autore dello studio. "Se la massa fosse più distribuita, come sarebbe se ci fossero molte stelle, il gas non avrebbe questa perfetta rotazione Kepleriana". Da qui è stato possibile determinare con accuratezza non solo la massa del buco nero, confermandone lo status di supermassiccio, ma anche che la sua massa costituisce i due terzi dell'intero oggetto astronomico QSO1. L'analisi spettrale ha poi confermato che la nube di gas è composta quasi interamente da idrogeno ed elio, a indicare praticamente l'assenza di stelle. "Sembra che abbiamo trovato un buco nero che non ha sostanzialmente una galassia ospite e che ha preceduto i processi di formazione stellare", ha detto Juodžbalis. "Questo è molto eccitante perché è la prova di buchi neri primordiali o buchi neri a collasso diretto, che sono stati teorizzati ma non confermati".Altri esempi di "little red dot" catalogati dal James Webb Space Telescope.In sostanza, alla domanda se sono venute prima le galassie o i buchi neri supermassicci, la risposta non è più così chiara. Il telescopio spaziale James Webb, che con i suoi strumenti all'infrarosso è in grado di esplorare l'universo nel primo miliardo di anni, ha individuato sin dalle sue prime osservazioni nel 2022 una nuova classe di oggetti celesti, dei piccoli punti rossi che hanno perplesso gli astronomi: si tratta di una popolazione di centinaia di oggetti, chiamati in questo modo a causa del loro colore quando mostrati in luce visibile, e caratterizzati da un consistente red shift (lo spostamento verso il rosso nelle immagini del telescopio dovuto al lungo viaggio della luce) che li colloca in un periodo compreso tra i 600 milioni e gli 1,5 miliardi di anni dopo il Big Bang e di cui non abbiamo traccia in epoche più recenti dell'Universo. Le prime analisi avevano subito evidenziato caratteristiche riconducibili a nuclei galattici attivi contenenti buchi neri supermassicci, seppure con diverse peculiarità. Resta il rebus di come si siano creati oggetti così massicci nelle prime fasi dell'Universo. Si ipotizza che piccole fluttuazioni nella distribuzione di materia ed energia poco dopo il Big Bang abbiano portato ad accumuli di gigantesche nubi di gas che poi sono collassate direttamente sotto la loro gravità, senza passare prima dalla formazione stellare. Lo studio di altri oggetti simili ad Abell2744-QSO1 potrebbe aiutare a risolvere il mistero non solo dell'esistenza dei buchi neri primordiali ma anche della formazione delle galassie, visto che il telescopio James Webb continua a scoprire galassie di dimensioni già importanti sempre più indietro nel tempo mettendo alla prova i nostri modelli sull'evoluzione delle galassie.
