All’interno del sondaggio Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) del James Webb, i ricercatori hanno scoperto il buco nero supermassiccio attivo più distante mai trovato fino a oggi. La galassia a cui appartiene, CEERS 1019, esisteva poco più di 570 milioni di anni dopo il Big Bang.

Questo buco nero detiene anche un altro record: è il meno massiccio di qualsiasi altro finora identificato nell’Universo primordiale. Arriva a circa 9 milioni di masse solari, quando in genere buchi neri di quell’età ne contengono più di 1 miliardo. Sembra essere più simile al buco nero al centro della nostra Via Lattea, che ha 4.6 milioni di volte la massa del Sole.

Difficile, comunque, spiegare come si sia formato così presto dopo l’inizio dell’Universo. Anche perché CEERS ha individuato altri due buchi neri supermassici primordiali, a 1 e 1.1 miliardi di anni dopo il Big Bang, e Webb ha già identificato galassie che esistevano quando l’universo aveva dai 470 ai 675 milioni di anni. Scoperte sconcertanti, perché viene spontaneo chiedersi quando si siano formati (e come) se l’Universo era ancora così giovane.

La precisione dei dati di Webb

I dati di Webb sono traboccanti di informazioni molto precise. A partire dagli spettri elettromagnetici nell’infrarosso, gli scienziati hanno potuto distinguere quali linee di emissione provengono dal buco nero e quali dalla sua galassia ospite. Ma anche individuare la quantità di gas che il buco nero sta ingerendo e determinare il tasso di formazione stellare della sua galassia.

In questo modo, i ricercatori hanno scoperto che questa galassia sta ingerendo quanto più gas possibile, sfornando nuove stelle. E poiché visivamente, CEERS 1019 appare come un insieme di tre bozzi luminosi, forse c’è una fusione di galassie in atto che è in parte responsabile dell’alimentazione dell’attività nel buco nero, e dell’intensa formazione stellare.

Altri buchi neri supermassicci e super-antichi

Il primo dei due buchi neri individuati insieme a CEERS 1019, all’interno della galassia CEERS 2782, è stato il più facile da individuare. Non essendoci polvere che oscura la vista di Webb, i ricercatori hanno potuto determinare immediatamente quando il suo buco nero è esistito nella storia dell’Universo, solo 1.1 miliardi di anni dopo il Big Bang.

Il secondo, nella galassia CEERS 746, esisteva poco prima, 1 miliardo di anni dopo l’inizio del nostro Universo. Il suo rbrillante disco di accrescimento, un anello formato da gas e polvere che circonda il buco nero, è ancora parzialmente offuscato dalla polvere. La presenza di polvere suggerisce che potrebbe trovarsi all’interno di una galassia con un’intensa formazione stellare.

Come quello di CEERS 1019, anche questi due buchi neri sono “leggeri”, con una massa pari a 10 milioni di volte quella del Sole. Prima di Webb, tutti e tre i buchi neri erano troppo deboli per essere rilevati. Il membro del team Dale Kocevski, del Colby College di Waterville, ha spiegato:

I ricercatori sanno da tempo che ci devono essere buchi neri di massa inferiore nell’Universo primordiale. Webb è il primo osservatorio in grado di catturarli in modo così chiaro. Ora pensiamo che potrebbero essere ovunque, in attesa di essere scoperti.

11 galassie estremamente distanti e luminose

Gli spettri sensibili di Webb hanno anche permesso di identificare 11 galassie che esistevano da 470 a 675 milioni di anni dopo il Big Bang. Non solo sono estremamente distanti, ma sono anche molte, e luminose. I ricercatori credevano che Webb avrebbe trovato molte meno galassie così luminose a distanze così ampie nell’Universo bambino.

Questi sono solo i primi risultati innovativi del sondaggio CEERS. Fino ad ora, la ricerca sugli oggetti nell’Universo primordiale era in gran parte teorica, ma con Webb possiamo vedere buchi neri e galassie a distanze estreme, oltre che misurarli con precisione.

Questi i pre-print degli articoli scientifici, accettati per la pubblicazione su The Astrophysical Journal Letters:

• A CEERS Discovery of an Accreting Supermassive Black Hole 570 Myr after the Big Bang: Identifying a Progenitor of Massive z > 6 Quasars
• Hidden Little Monsters: Spectroscopic Identification of Low-Mass, Broad-Line AGN at z>5 with CEERS
• Spectroscopic Confirmation of CEERS NIRCam-selected Galaxies at z≃8−10
• CEERS Spectroscopic Confirmation of NIRCam-Selected z > 8 Galaxy Candidates with JWST/NIRSpec: Initial Characterization of their Properties