Il James Webb potrebbe aver osservato uno degli oggetti più insoliti mai scoperti nell’Universo primordiale: un enorme buco nero supermassiccio esistente prima della formazione della sua stessa galassia. La scoperta, realizzata da un gruppo internazionale di ricercatori guidati dall’Università di Cambridge, mette in discussione uno dei modelli più accettati dell’evoluzione cosmica, secondo cui i buchi neri supermassicci nascono all’interno delle galassie e crescono lentamente nel tempo.
L’oggetto osservato si chiama Abell2744-QSO1 ed è una Little Red Dot, una categoria di sorgenti molto compatte e luminose individuate da Webb nei primi miliardi di anni dell’Universo. QSO1 esisteva appena 700 milioni di anni dopo il Big Bang e ospita un buco nero supermassiccio centrale con una massa pari a circa 50 milioni di volte quella del Sole.
La scoperta è stata possibile grazie agli strumenti spettroscopici di Webb, in particolare NIRSpec, che hanno permesso di analizzare il movimento del gas attorno al buco nero. I ricercatori hanno osservato che il gas ruota seguendo un moto kepleriano, cioè lo stesso tipo di movimento con cui i pianeti orbitano attorno al Sole. Questo comportamento indica che quasi tutta la massa dell’oggetto è concentrata nel centro, proprio nel buco nero.
Secondo il team, il buco nero rappresenta almeno due terzi della massa totale dell’intero sistema. Nelle galassie vicine, invece, i buchi neri supermassicci costituiscono solo una piccola frazione della massa galattica. Per questo motivo QSO1 potrebbe essere una delle prime prove dirette dell’esistenza di buchi neri “nati grandi”, senza passare dalla normale evoluzione stellare.
Un ambiente quasi privo di stelle
Oltre a misurare la massa del buco nero, Webb ha permesso di studiare anche la composizione del gas presente in QSO1. Le osservazioni mostrano che l’ambiente è formato quasi esclusivamente da idrogeno ed elio, gli elementi più antichi dell’Universo, con quantità minime di elementi più pesanti come ossigeno o carbonio.
Questo dettaglio è importante perché gli elementi pesanti vengono prodotti dalle stelle nel corso della loro vita e diffusi nello spazio dopo esplosioni di supernova. La quasi totale assenza di questi materiali ci suggerisce quindi che attorno al buco nero non si sia ancora formata una popolazione stellare significativa.
Secondo gli autori dello studio, QSO1 potrebbe rappresentare una fase molto precoce della nascita di una galassia, in cui il buco nero si è formato prima delle stelle. È un’ipotesi discussa da tempo nella comunità scientifica, ma finora mancavano osservazioni abbastanza dettagliate da confermarla.
La particolare luminosità dell’oggetto ha aiutato i ricercatori nelle osservazioni. QSO1 infatti appare amplificato (e triplicato! quindi lo si vede tre volte nelle immagini del Webb) dall’effetto di lente gravitazionale prodotto dall’ammasso di galassie Abell 2744, noto come Ammasso di Pandora. La gravità dell’ammasso deforma, ingrandisce e moltiplica la luce proveniente dall’oggetto distante, permettendo a Webb di studiarlo con più precisione.
I risultati sono stati pubblicati sulle riviste Nature e Monthly Notices of the Royal Astronomical Society e rappresentano una delle misure più precise mai ottenute per un buco nero nell’Universo primordiale.
Come Webb sta cambiando lo studio dei buchi neri
Dalla sua entrata in funzione, il James Webb ha trasformato lo studio dell’Universo primordiale. Una delle sue principali sorprese è stata proprio la scoperta di numerosi buchi neri supermassicci già presenti poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang.
Secondo i modelli classici, questi oggetti dovrebbero formarsi dal collasso di stelle massicce e crescere lentamente, accumulando materia o fondendosi con altri buchi neri. Tuttavia, i tempi disponibili nell’Universo giovane sembrano troppo brevi per spiegare masse così elevate.
Per questo motivo gli astronomi stanno considerando scenari alternativi. Uno dei più discussi è quello dei cosiddetti heavy seeds, semi iniziali molto più massicci dei normali resti stellari. Un’altra possibilità è il collasso diretto di enormi nubi di gas primordiale, senza la formazione intermedia di stelle.
QSO1 sembra compatibile proprio con questi modelli. Le misure ottenute da Webb suggeriscono infatti che il buco nero sia nato già molto massiccio e che abbia iniziato soltanto in seguito ad accumulare il materiale necessario per costruire una galassia attorno a sé.
Il team di ricerca sta ora studiando altri Little Red Dots simili per capire se questo fenomeno fosse comune nell’universo primordiale. Se confermato, potrebbe cambiare profondamente la nostra comprensione dell’origine delle prime galassie e dei buchi neri supermassicci.
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