Analizzando alcune immagini della campagna osservativa COSMOS-Web effettuata con il James Webb Space Telescope, due ricercatori, Pieter van Dokkum dell’Università di Yale e Gabriel Brammer dell’Università di Copenaghen, hanno scoperto qualcosa di potenzialmente straordinario.

Si tratta di una galassia dell’Universo primordiale, che hanno soprannominato Infinity Galaxy, che potrebbe contenere il primo vero indizio della nascita di un buco nero supermassiccio attraverso il cosiddetto collasso diretto di una nube di gas, un processo ipotizzato ma mai osservato direttamente.

La galassia mostra infatti una morfologia particolare: due nuclei rossi molto compatti, ciascuno circondato da un anello di stelle, formano insieme una figura che richiama il simbolo dell’infinito. Al centro tra questi due nuclei si trova una vasta regione di gas ionizzato, al cui interno è stato identificato un buco nero attivo di un milione di masse solari che sta crescendo rapidamente, rilasciando energia nei raggi X e nelle onde radio.

La posizione di questo buco nero, al di fuori dei nuclei galattici e perfettamente centrata nel sistema, ha spinto i ricercatori a considerare la possibilità che il buco nero si sia formato sul posto, direttamente dal collasso della nube di gas formatasi durante la fusione tra le due galassie. Un processo del genere, se confermato, rappresenterebbe una delle prime osservazioni del processo che porta alla nascita dei buchi neri supermassicci.

Hold onto your Gauntlet, Webb may have observed the birth of a supermassive black hole in the Infinity Galaxy – between the nuclei of two merging galaxies. https://t.co/u0fdUuAaCl pic.twitter.com/MmTHHIr8pf

— NASA Webb Telescope (@NASAWebb) July 15, 2025

Le due teorie sulla nascita dei buchi neri supermassicci

La formazione dei buchi neri supermassicci, con masse che superano milioni o miliardi di volte quella del Sole, è ancora una delle questioni aperte più dibattute in cosmologia. Le due teorie principali proposte dalla comunità scientifica sono note come light seeds e heavy seeds.

Nel modello dei light seeds, un buco nero nasce dal collasso gravitazionale del nucleo di una stella massiccia, dopo un’esplosione di supernova. Questi piccoli buchi neri primordiali, con masse iniziali fino a circa 1000 masse solari, possono crescere gradualmente tramite fusioni e accrescimento di materia. Tuttavia, questo processo richiede tempi lunghi, difficili da conciliare con la presenza di buchi neri massicci già nelle prime centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang, come rivelato da Webb.

L’alternativa è la teoria dei heavy seeds, che prevede la formazione diretta di un buco nero massiccio, fino a un milione di masse solari, dal collasso di una nube di gas estremamente densa. Questo processo sarebbe molto più rapido, ma presenta difficoltà teoriche: durante il collasso, il gas tende a frammentarsi e formare stelle, anziché un buco nero. Trovare le condizioni giuste per impedire la formazione stellare e favorire il collasso diretto è quindi una sfida sia osservativa che teorica.

Cosa sarebbe successo nell’Infinity Galaxy?

Nel caso dell’Infinity Galaxy, la ricostruzione degli scienziati suggerisce che durante la collisione tra due galassie a disco che ha dato origine all’Infinity Galaxy, il gas presente nei due sistemi si è compresso violentemente a causa dell’urto.

Questa compressione potrebbe aver generato un nodo di gas particolarmente denso, collassato poi direttamente in un buco nero. Gli indizi a supporto sono diversi: al centro tra i due nuclei galattici si osserva una vasta regione di gas ionizzato, in particolare idrogeno privo di elettroni, che avvolge il buco nero supermassiccio. Inoltre, le emissioni nei raggi X e nelle onde radio mostrano che il buco nero è attivamente in accrescimento.

La domanda aperta resta se questo oggetto si sia effettivamente formato in quel punto. E servono dati più approfonditi anche per stabilire con certezza se davvero sia avvenuto questo processo.

Un’ipotesi promettente, grazie a Webb

L’ipotesi che l’Infinity Galaxy contenga un buco nero nato da collasso diretto rappresenta uno sviluppo significativo nella ricerca sulla formazione dei buchi neri supermassicci. Tuttavia, si tratta ancora di una scoperta in fase preliminare, che richiede ulteriore verifica. I ricercatori hanno già richiesto e ottenuto tempo osservativo aggiuntivo con Webb, per affinare le misure spettroscopiche e confrontare la distribuzione della materia e le velocità relative con maggiore precisione.

La presenza di gas ionizzato, la morfologia e la distribuzione delle velocità supportano l’ipotesi di una formazione in situ. Ma altre spiegazioni, come quella di un buco nero runaway espulso da un altro sistema, o appartenente a una galassia nana invisibile, non possono essere ancora escluse completamente.

Se confermata, questa osservazione fornirebbe la prima evidenza concreta di un buco nero supermassiccio nato direttamente dal collasso di una nube di gas. E contribuirebbe a spiegare come simili oggetti possano essere esistiti già nei primi 500 milioni di anni dopo il Big Bang. Al momento, rimane una pista promettente, che solleva nuove questioni e necessita di una validazione accurata da parte della comunità scientifica.

Lo studio, accettato per la pubblicazione su The Astrophysical Journal Letters, è reperibile qui.

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