Il James Webb ha aggiunto un altro spettacolare avvistamento alla sua collezione. In un comunicato stampa notato da ScienceAlerti ricercatori hanno annunciato che il re dei telescopi aveva permesso loro di documentare un buco nero come nessun altro, e per una buona ragione: è così pesante e così antico da sfidare tutti gli attuali modelli cosmologici.
La scoperta di questo oggetto, chiamato J1120+0641, risale al 2011. Per diversi anni è stato il buco nero più antico mai documentato. Anche se gli astronomi non sono riusciti a ricavarne molte informazioni, sapevamo comunque che si era formato poco più di 13 miliardi di anni fa. circa 770 milioni di anni dopo il Big Bang. Ma da allora la tecnologia ha fatto grandi progressi con l’arrivo di nuovi strumenti all’avanguardia, come quelli del telescopio spaziale James Webb. Ciò ha aperto la strada a molte ulteriori osservazioni e lo stato di questo buco nero è completamente cambiato alla luce di queste nuove informazioni.
Oggi la sua età non costituisce più un record. Negli ultimi anni, JWST ha focalizzato il suo obiettivo su buchi neri ancora più antichi come quello della galassia GN-z11, che si è formato circa 13,4 miliardi di anni fa, appena 400 milioni di anni fa dopo il Big Bang. Per capire cosa lo rende così intrigante per i ricercatori, la sua età non è sufficiente; bisogna tener conto anche della sua massa.
Un oggetto troppo massiccio rispetto alla sua età
In effetti, questo è stato stimato tra uno e due miliardi di volte quella del Sole. Rientra quindi in gran parte nel circolo chiuso dei cosiddetti buchi neri supermassicci, questi veri e propri titani così imponenti che la loro influenza gravitazionale può strutturare intere galassie. E anche se paragonato ad altri membri di questa categoria, questo è particolarmente enorme. Per riferimento, Sagittarius A*, il buco nero supermassiccio che occupa il centro della Via Lattea, ha “solo” circa 4 milioni di masse solari.
Non si tratta però di un record assoluto. Gli astronauti ne hanno già individuati molti altri, ancora più massicci. Possiamo citare M87, il buco nero supermassiccio che è stato il primo a essere fotografato direttamente nel 2019, con 6,5 miliardi di masse solari, o anche NGC 4889, con 21 miliardi di masse solari. Al vertice di questa scala troviamo TON 618, il buco nero più imponente scoperto fino ad oggi, con l’incredibile cifra di 66 miliardi di masse solari.
J1120+0641 non rientra affatto nella stessa categoria di quest’ultimo. Al loro confronto sembrerebbe quasi un debole. Ma quando si considerano sia la sua massa che la sua età nell’equazione, si ottiene un oggetto che sembra completamente aberrante.
In effetti, la sua età lo colloca in un’era chiamataAlba cosmica, il periodo cruciale in cui le primissime stelle iniziarono a formarsi e a illuminare il cosmo. Tuttavia, in teoria, i buchi neri supermassicci che compaiono così presto (relativamente parlando) nella storia dell’Universo dovrebbero essere significativamente meno imponenti. Per riferimento, il buco nero di GN-z11 è limitato a “soli” 2 milioni di masse solari, ovvero 500 volte più piccolo di J1120+0641! E per il momento, gli astronomi hanno grandi difficoltà a spiegare come un simile colosso possa essere emerso durante l’Alba Cosmica.
Per stimare la massa teorica di un buco nero, i ricercatori si affidano in gran parte al limite di Eddington. Dipende dall’equilibrio tra forze gravitazionalidiretto verso il centro dell’oggetto, e il pressione di radiazione che funziona nella direzione opposta. Oltre questo limite, la materia surriscaldata dalle forze dantesche emanate dal buco nero diventerebbe così luminosa che la pressione della radiazione supererebbe quella gravitazionale, impedendo all’oggetto di crescere. Tuttavia, per superare la soglia del miliardo di massa solare così presto nella storia dell’Universo, J1120+0641 avrebbe dovuto infrangere il limite di Eddington.
Crollano i binari alternativi
Per cercare di spiegare questa incoerenza decisamente inquietante, gli astronomi hanno esplorato un’altra strada: quella deiaccrescimento sopra-Eddington. L’idea è che se un buco nero supermassiccio si attivasse improvvisamente in un momento in cui ha a disposizione un’enorme quantità di materiale, potrebbe inghiottire una quantità gigantesca di materiale prima che la pressione di radiazione inizi ad avere effetto. E quindi superare temporaneamente il limite di Eddington.
Affinché questo scenario reggesse, tuttavia, era necessario confermare che J1120+0641 dispone di un buffet di gas e polvere sufficientemente rifornito da permettergli di rimpinzarsi a una velocità esasperante. Lo scorso anno i ricercatori hanno quindi puntato il JWST e i suoi sensori a infrarossi ad alte prestazioni verso il buco nero. Speravano di trovare tracce di un simile banchetto. Ma dopo aver analizzato i dati per più di un anno, alla fine sono rimasti a mani vuote. Tutto indica che il buco nero rispetta perfettamente il limite di Eddington e che assorbe materia a un ritmo normale per un colosso di questo tipo.
In altre parole, le osservazioni del JWST hanno abbreviato il percorso dell’accrescimento sopra-Eddington. Ora, senza la loro migliore ipotesi, gli autori dello studio si chiedevano se avrebbero potuto interpretare male i dati. Secondo ScienceAlert, un eccesso di polvere potrebbe, ad esempio, essere passato inosservato, portando così il team a sovrastimare la massa dell’oggetto. Ma non importa quanto i ricercatori abbiano analizzato le immagini in tutte le lunghezze d’onda a loro disposizione, non hanno trovato traccia di un simile ammasso. Il mistero resta quindi completo.
« In definitiva, queste nuove osservazioni non fanno altro che rafforzare il mistero: questo primo quasar è sorprendentemente normale, indipendentemente dalla lunghezza d’onda che osserviamo. », spiega Sarah Bosman, borsista post-dottorato presso il prestigioso Max Planck Institute e autrice principale dello studio, in un comunicato stampa.
La palla è nel campo di Webb
Ma questa non è una delusione. Dimostrando che i buchi neri primordiali seguono le stesse regole di quelli più recenti, i ricercatori hanno soprattutto dimostrato che ci sono senza dubbio molte cose da imparare sulla formazione dei buchi neri e delle galassie. Una prospettiva davvero entusiasmante che spingerà gli astronomi a esplorare nuove strade. Ad esempio, gli autori hanno identificato un’altra possibilità che potrebbe aiutare a spiegare questa combinazione di massa ed età: J1120+0641 potrebbe essere obeso alla nascita.
In effetti, i risultati potrebbero essere coerenti se il buco nero si fosse formato con a massa iniziale di almeno 100.000 masse solari, rispetto a 5-10 per un tipico buco nero. Ma ancora una volta i meccanismi in gioco non sono chiari. Secondo il team, J1120+0641 potrebbe aver avuto originecollasso gravitazionale di un’enorme nube di gas primordiale, al contrario dei più classici buchi neri che emergono quando muore una stella massiccia isolata. Ma qualunque cosa accada, dovremo aspettare di scoprire altri titani di questo tipo a Cosmic Dawn per sperare di confermare questo scenario.
Sarà quindi opportuno seguire con attenzione le osservazioni del telescopio spaziale James Webb, che sin dalla sua messa in servizio ha continuato a spingere i limiti dell’Universo osservabile.
Il testo dello studio è disponibile qui.
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