Come facciamo a raccontare la storia di un Universo troppo vasto anche solo per essere pensato? Ci affidiamo ai racconti di oggetti mostruosi come quasar e buchi neri supermassicci, così antichi da essere nati poco dopo il Big Bang. Più vecchi sono, meglio possiamo investigare su quanto avvenuto nell’Universo primordiale.

I ricercatori dell’Università dell’Arizona hanno battuto il record relativo al quasar più lontano mai individuato dalla Terra. Si chiama J0313-1806, è un oggetto molto brillante ed è distante 13,03 miliardi di anni luce da noi: ci appare com’era “solo” 670 milioni di anni dopo l’esplosione che ha permesso la nascita del nostro Universo. Dai dati del telescopio ALMA (Atacama Large Millimiter/submillimiter Array) gli scienziati hanno scoperto che J0313-1806 è alimentato dal buco nero supermassiccio più antico mai osservato. Con una massa 1.6 miliardi di volte quella del Sole, questo mostro smentisce la teoria conosciuta sulla formazione dei buchi neri supermassicci. E’ infatti troppo grande per la sua età: non dovrebbe neppure avere avuto il tempo di nascere!

vento altamente energetico formato da gas molto caldo, che viaggia all’enorme velocità di un quinto la velocità della luce. Questo fatto rende J0313-1806 il primo quasar conosciuto ad intervenire nella formazione stellare della sua galassia ospite. I risultati della ricerca sono stati pubblicati al meeting di gennaio 2021 dell’American Astronomical Society e costituiscono un importante punto di partenza per osservazioni e studi futuri. Nel video seguente, uno zoom sulla posizione di J0313-1806. Credits: NOIRLab/NSF/AURA/E. Slawik/ESO/S. Brunier/Digitized Sky Survey 2.

Gli abitanti più mostruosi del cielo

Un quasar è un corpo celeste molto energetico che si trova al centro di una galassia. E’ alimentato da un buco nero supermassiccio con massa miliardi di volte quella del Sole attorno al quale ruota vorticosamente un disco di polvere e gas, materiali che nel cadere dentro il buco nero provocano un’enorme emissione di radiazione elettromagnetica. Questo rende i quasar gli oggetti più luminosi del nostro cielo, oltre che i più lontani a noi visibili. Una sorta di lampadine sempre accese che ci aiutano a definire i confini dello spazio e del tempo del nostro Universo.

Un quasar molto energetico e un buco nero troppo grande

Come tutti i quasar, anche J0313-1806 è intensamente luminoso: più di dieci trilioni di volte del nostro Sole, il che significa che rilascia nello spazio circostante più di mille volte l’energia dell’intera Via Lattea. Gli astronomi sono riusciti a individuarlo utilizzando il radiotelescopio ALMA in Cile e due osservatori sul Mauna Kea alle Hawaii. I dati raccolti hanno contribuito a definire le caratteristiche del quasar e del buco nero supermassiccio al suo centro, che rende J0313-1806 un gigantesco mostro primordiale che divora gas e polveri e distrugge stelle per accrescere.

Il buco nero supermassiccio che permette questo è però troppo grande. Quando il nostro Universo aveva solo 670 milioni di anni era troppo giovane per permettergli di formarsi. Basandoci sulle nostre conoscenze attuali, la formazione di buchi neri supermassicci in seguito alla morte di un’enorme stella dovrebbe essere un processo parecchio lungo, cosa che questo particolare buco nero sembra smentire: se la nostra teoria fosse corretta, esso non avrebbe avuto tempo di crescere così tanto. Gli astronomi affermano che il meccanismo che ha seguito la sua formazione dev’essere per forza diverso da quello ipotizzato dai modelli di riferimento.

Affinché il buco nero raggiungesse le dimensioni che vediamo con J0313-1806, dovrebbe essere iniziato con un buco nero seme di almeno 10.000 masse solari, e ciò sarebbe possibile solo nello scenario di collasso diretto.

Così lo spiega Xiaohui Fan, co-autore dello studio e Professore di Astronomia all’Università dell’Arizona. Secondo questo scenario, quantità molto grandi di idrogeno freddo primordiale si sono concentrate per poi collassare in pochissimo tempo in un piccolo buco nero, che nelle centinaia di milioni di anni successive è accresciuto fino a diventare il mostro gigantesco che oggi osserviamo.

Questa è la spiegazione più plausibile, ma sarà davvero così?

Lo strano vento in uscita e l’alta formazione stellare

Un’altra particolare caratteristica rende J0313-1806 unico nel suo genere: emette un vento di gas a temperature molto alte, che dai calcoli sembra fuoriuscire dal suo centro ad un quinto la velocità della luce. “L’energia rilasciata dal deflusso a velocità così estreme è abbastanza grande da avere un impatto sulla formazione stellare dell’intera galassia ospite” ha detto Jinyi Yang, ricercatore dello Steward Observatory dell’Università dell’Arizona. Con le future osservazioni sarà quindi interessante andare ad analizzare questa emissione di gas molto energetica, che rende J0313-1806 il primo quasar conosciuto a partecipare all’attività della galassia in cui si trova.

Gli scienziati hanno trovato anche un altro motivo per il quale questo sistema costituisce il laboratorio naturale perfetto per ricerche future: c’è un’attività di formazione stellare molto intensa nella galassia che ospita il quasar nel suo centro. Questo a dispetto del fatto che il buco nero supermassiccio inghiotte in ogni anno terrestre “solo” una massa equivalente a quella di 25 soli, che è molto poco visto che nello stesso tempo nella galassia vengono prodotte 200 masse solari (un tasso molto alto, per una galassia così giovane).

Le osservazioni future

Questa serie di informazioni che diversi telescopi sono stati in grado di fornire ai ricercatori sul quasar più vecchio del nostro Universo ci rivelano che esso è attivo e sta ancora crescendo. O meglio, lo stava facendo 13.03 miliardi di anni fa. Sicuramente con il lancio del James Webb Space Telescope, previsto per ottobre 2021, riusciremo a ottenere dati spettrali ancora più accurati per poter indagare sul rilascio di energia di J0313-1806 e sulla formazione delle galassie più antiche dell’universo.

Inoltre, sarà interessante trovare una risposta alla nascita anomala di un buco nero supermassiccio di così grandi dimensioni, che sta mettendo in discussione la fisica che conosciamo: studi futuri potrebbero rivelarci che poco dopo il Big Bang le cose erano molto diverse da quelle che conosciamo. O che pensiamo di conoscere.

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