Webb vede un buco nero supermassiccio che si abbuffa nell’Universo primordiale

I ricercatori che utilizzano il telescopio spaziale James Webb della NASA/ESA/CSA hanno confermato un buco nero supermassiccio in crescita attiva all’interno di una galassia appena 570 milioni di anni dopo il Big Bang. Parte di una classe di galassie piccole e molto lontane che hanno lasciato perplessi gli astronomi, CANUCS-LRD-z8.6 rappresenta un pezzo vitale di questo puzzle che mette in discussione le teorie esistenti sulla formazione di galassie e buchi neri nell’Universo primordiale. La scoperta collega i primi buchi neri ai quasar luminosi che osserviamo oggi.

Nei primi tre anni, le indagini di Webb sull’Universo primordiale hanno individuato un numero crescente di oggetti piccoli, estremamente distanti e di un rosso sorprendente.

Questi cosiddetti Piccoli Puntini Rossi (LRD) restano un mistero allettante per gli astronomi, nonostante la loro abbondanza inaspettata.

La scoperta in CANUCS-LRD-z8.6, resa possibile dalle eccezionali capacità di Webb, ha contribuito a questa ricerca di risposte.

Lo Spettrografo nel Vicino Infrarosso (NIRSpec) di Webb ha permesso ai ricercatori di osservare la debole luce proveniente da questa galassia lontana e di rilevare caratteristiche spettrali chiave che indicano la presenza di un buco nero in accrezione.

Roberta Tripodi, autrice principale dello studio e ricercatrice dell’Università di Lubiana FMF, in Slovenia e dell’INAF – Osservatorio Astronomico di Roma, in Italia, ha spiegato: “Questa scoperta è davvero straordinaria. Abbiamo osservato una galassia da meno di 600 milioni di anni dopo il Big Bang, e non solo ospita un buco nero supermassiccio, ma il buco nero sta crescendo rapidamente – molto più velocemente di quanto ci aspetteremmo in una galassia così precoce. Questo mette alla prova la nostra comprensione della formazione dei buchi neri e delle galassie nell’Universo primordiale e apre nuove strade di ricerca su come questi oggetti siano nati.”

Il team ha analizzato lo spettro della galassia, che mostrava gas altamente ionizzato da radiazioni energetiche, suggerendo che ruotasse rapidamente attorno a una sorgente centrale.

Queste caratteristiche sono caratteristiche chiave di un buco nero supermassiccio in accrezione.

I dati spettrali precisi fornirono una stima della massa del buco nero, rivelando che fosse insolitamente grande per uno stadio così precoce nell’Universo, e mostrano che CANUCS-LRD-z8.6 è compatto e non ha ancora prodotto molti elementi pesanti — una galassia in una fase iniziale della sua evoluzione. Questa combinazione lo rende un argomento interessante per lo studio.

Inoltre, la spettroscopia di Webb ha permesso al team di misurare quanta energia viene emessa a diverse lunghezze d’onda, da cui hanno potuto caratterizzare le proprietà fisiche della galassia.

Questo permise loro di determinare la massa delle stelle della galassia e confrontarla con la massa del buco nero. 

“I dati che abbiamo ricevuto da Webb sono stati assolutamente cruciali”, ha aggiunto il dottor Nicholas Martis, collaboratore dell’Università di Lubiana, FMF, che ha contribuito ad analizzare lo spettro della fonte.

“Le caratteristiche spettrali rivelate da Webb fornivano chiari segni di un buco nero in accrescimento al centro della galassia, qualcosa che non sarebbe stato possibile osservare con la tecnologia precedente. Ciò che rende tutto ciò ancora più convincente è che il buco nero della galassia è sovramassiccio rispetto alla sua massa stellare. Questo suggerisce che i buchi neri nell’Universo primordiale potrebbero essere cresciuti molto più velocemente delle galassie che li ospitano.”

Gli astronomi hanno precedentemente osservato che la massa di un buco nero supermassiccio e della sua galassia ospite sono collegate: più una galassia cresce, più grande diventa anche il suo buco nero centrale.

CANUCS-LRD-z8.6 è la galassia ospite più massiccia conosciuta in un periodo così precoce, eppure il suo buco nero centrale è ancora più massiccio di quanto ci aspetteremmo, sfidando la consueta relazione.

Il risultato suggerisce che i buchi neri potrebbero essersi formati e iniziare a crescere a un ritmo accelerato nell’Universo primordiale, anche in galassie relativamente piccole.

“Questa scoperta rappresenta un passo entusiasmante nella comprensione della formazione dei primi buchi neri supermassicci nell’Universo”, ha spiegato il Prof. Maruša Bradač, leader del gruppo presso l’Università di Lubiana, FMF.

“La rapida crescita inaspettata del buco nero in questa galassia solleva interrogativi sui processi che hanno permesso a oggetti così massicci di emergere così presto. Continuando ad analizzare i dati, speriamo di trovare altre galassie come CANUCS-LRD-z8.6, che potrebbero fornirci ulteriori approfondimenti sulle origini dei buchi neri e delle galassie.”

Il team sta già pianificando ulteriori osservazioni con l’Atacama Large Millimetre/submillimeter Array (ALMA) e Webb per studiare ulteriormente il gas freddo e la polvere nella galassia e affinare la comprensione delle proprietà del buco nero.

La ricerca in corso su questo LRD è pronta a rispondere a domande cruciali sull’Universo primordiale, incluso come buchi neri e galassie si siano coevoluti nei primi miliardi di anni della storia cosmica.

Man mano che gli astronomi continuano a esplorare l’Universo primordiale con il JWST, si prevedono ulteriori sorprese, offrendo un quadro sempre più dettagliato di come i primi buchi neri supermassicci siano cresciuti ed evoluti, preparando il terreno per la formazione dei quasar luminosi che illuminano oggi l’Universo.

Immagine: ESA/Webb, NASA & CSA, G. Rihtaršič (University of Ljubljana, FMF), R. Tripodi (University of Ljubljana, FMF)

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