Il buco nero supermassiccio nel cuore della galassia UHZ1, scovato grazie ai dati del James Webb combinati con quelli dell’Osservatorio Chandra a raggi X, si stava già formando appena 470 milioni di anni dopo il Big Bang. È il buco nero più distante mai individuato nei raggi X, risalente a quando l’Universo aveva solo il 3% circa della sua età attuale.

La scoperta è stata fatta all’interno di un’immagine composita che mostra decine di oggetti celesti apparentemente minuscoli. Rappresenta l’ammasso di galassie Abell 2744, ripreso nell’infrarosso da Webb. Quegli oggetti bianchi, arancioni e viola sono in realtà galassie a spirale, galassie ellittiche e stelle. Molti di questi granelli colorati sembrano galleggiare in una nuvola viola di gas, al centro dell’immagine, a circa 3.5 miliardi di anni luce dalla Terra.

A destra, sul bordo della nube, c’è un minuscolo granello arancione. Questo granello, che non appartiene all’ammasso, è una galassia a 13.2 miliardi di anni luce dalla Terra, UHZ1 appunto. Chandra ha permesso di vederci al centro un buco nero supermassiccio in crescita, in una fase iniziale di crescita mai vista prima: la sua massa, tra 10 e 100 milioni di volte il Sole, è simile a quella della galassia che lo ospita.

Un buco nero lontanissimo

Il buco nero al centro della galassia UHZ1 si trova stessa direzione dell’ammasso galattico Abell 2744, per questo lo vediamo in questa immagine. L’ammasso però, si trova a circa 3.5 miliardi di anni luce dalla Terra, mentre UHZ1, secondo i dati di Webb, è a circa 13.2 miliardi di anni luce di distanza.

Nel corso di due settimane di osservazioni con Chandra, è stata dimostrata la presenza di gas surriscaldato con emissione di raggi X al centro della galassia, un segno distintivo di un buco nero supermassiccio in crescita. La luce della galassia e i raggi X del gas attorno al suo buco nero supermassiccio vengono amplificati di circa un fattore quattro dall’intervento della materia in Abell 2744, a causa del fenomeno di lente gravitazionale). Ciò ha potenziato il segnale infrarosso rilevato da Webb e consentito a Chandra di rilevare la debole sorgente di raggi X.

Il team di astronomi ha raccolto prove concrete che il buco nero è nato con una massa considerevole, stimata tra 10 e 100 milioni di volte la massa del Sole. Questa stima è basata sulla luminosità e l’energia dei raggi X emessi e rappresenta un intervallo di massa addirittura confrontabile con quello della galassia ospite. Una caratteristica contrastante rispetto ai buchi neri nei nuclei delle galassie più vicine, che di solito rappresentano solo una frazione molto più piccola della massa totale della galassia.

Perché questa scoperta è così importante?

L’importanza di questa scoperta sta nella comprensione dei processi che portano alla formazione di buchi neri supermassicci. La domanda fondamentale è se essi si originino direttamente dal collasso di enormi nubi di gas, che generano buchi neri con masse comprese tra diecimila e centomila volte quella del nostro Sole, oppure se derivino da esplosioni delle prime stelle.

La notevole massa del giovane buco nero in UHZ1, insieme alla quantità di raggi X prodotta e alla luminosità rilevata da Webb, confermano le previsioni teoriche fatte nel 2017 riguardo a un “buco nero fuori misura” che si è formato direttamente dal collasso di una massiccia nube di gas. Ulteriori studi sono in corso per analizzare questo particolare oggetto cosmico. E per sfruttare questi risultati (insieme ad altri) per una comprensione sempre maggiore del nostro Universo ai suoi primordi.

I dati Webb utilizzati fanno parte di un sondaggio chiamato Ultradeep Nirspec and nirCam ObserVations before the Epoch of Reionization (UNCOVER). Un articolo che spiega i risultati, condotto da Andy Goulding membro del team UNCOVER, appare su The Astrophysical Journal Letters ed è reperibile qui in versione pre-print. Un articolo che confronta le proprietà osservate di UHZ1 con i modelli teorici per galassie con buchi neri di grandi dimensioni è attualmente in fase di revisione e il pre-print è disponibile qui.