Il James Webb Space Telescope (JWST) ha osservato la luce proveniente dalle stelle che circondano alcuni degli ex buchi neri supermassicci dell’universo, buchi neri visti come erano meno di un miliardo di anni dopo il Big Bang.
Le osservazioni di un team del Massachusetts Institute of Technology (MIT) affrontano la questione di come questi giganti cosmici nei nuclei delle galassie si sviluppino fino a diventare masse massicce, equivalenti a milioni (a volte miliardi) di soli. Più specificamente, come ha fatto a crescere così rapidamente? I risultati potrebbero anche rispondere al puzzle: cosa è venuto prima, la galassia o il buco nero supermassiccio?
I buchi neri supermassicci osservati dal team del MIT si nutrono insaziabilmente della materia che li circonda, generando enormi forze mareali in un disco di materia chiamato disco di accrescimento, facendo brillare il disco stesso. Questo stato di alimentazione alimenta oggetti chiamati quasar, che si trovano nel cuore delle galassie attive. I quasar sono alcuni degli oggetti più luminosi dell’universo, e alcuni sono così luminosi da eclissare la luce combinata di ogni stella nelle galassie che li circondano.
Anche i buchi neri supermassicci sono avvolti nel mistero, soprattutto se osservati un miliardo di anni prima dei 13,8 miliardi di anni di storia dell’universo. Questo perché il processo di continue fusioni di buchi neri, che gli scienziati ritengono che i buchi neri supermassicci crescano nel tempo, deve richiedere diversi miliardi di anni per iniziare. Allora, come potrebbero esistere questi vuoti giganteschi solo circa un miliardo di anni dopo il Big Bang?
Ebbene, un suggerimento è che abbiano avuto un vantaggio, formandosi dai cosiddetti buchi neri “seme pesante”.
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Utilizzando il telescopio spaziale James Webb per osservare la debole luce proveniente dalle stelle nelle galassie che ospitano sei antichi quasar, il team del MIT ha, per la prima volta, raccolto prove che i buchi neri supermassicci nell’universo primordiale in realtà crescevano da semi pesanti.
“Questi buchi neri sono miliardi di volte più massicci del Sole, in un’epoca in cui l’universo è ancora nella sua infanzia”, ha affermato Anna-Christina Ehlers, membro del team e assistente professore di fisica al MIT. Lo ha detto in un comunicato. “I nostri risultati suggeriscono che nell’universo primordiale, i buchi neri supermassicci potrebbero aver guadagnato massa prima delle galassie che li ospitavano, e i semi dei buchi neri primordiali potrebbero essere stati più massicci di quanto lo siano oggi”.
Cosa è venuto prima? Buco nero o la sua galassia?
Scoperti negli anni ’60, inizialmente si pensava che l’intensa luminosità dei quasar derivasse da un unico punto simile a una stella. Ciò ha dato origine al nome “quasar”, che è una traduzione del termine oggetto “quasar”. Tuttavia, i ricercatori scoprirono presto che i quasar sono in realtà causati dall’accumulo di enormi quantità di materia nei buchi neri supermassicci situati nei nuclei delle galassie.
Tuttavia, questi oggetti sono anche circondati da stelle, che sono molto più deboli e più difficili da osservare. Questo perché questa luce stellare viene sbiadita dalla luce più brillante del quasar attorno al quale orbita la stella. Quindi, separare la luce dei quasar da quella delle stelle circostanti non è facile, è come vedere la luce delle lucciole appollaiate sulla lampada di un faro a circa un miglio di distanza.
Tuttavia, la capacità del telescopio spaziale James Webb di viaggiare più indietro nel tempo rispetto a qualsiasi telescopio precedente, unita alla sua elevata sensibilità e risoluzione, ha reso questa sfida meno scoraggiante. Pertanto, il team del MIT è stato in grado di osservare la luce che viaggiava verso la Terra circa 13 miliardi di anni fa da sei quasar in antiche galassie.
“Il quasar supera la galassia ospite di molti ordini di grandezza. Le immagini precedenti non erano abbastanza nitide da distinguere la forma della galassia ospite con tutte le sue stelle”, ha detto Minghao Yu, membro del team, ricercatore post-dottorato presso il Kavli Institute for Astrofisica e Spazio del MIT. Ricerca. Egli ha detto. “Ora, per la prima volta, siamo in grado di rilevare la luce proveniente da queste stelle creando con cura le immagini JWST più nitide di questi quasar”.
I dati JWST includevano misurazioni di ciascuna delle emissioni luminose dei sei quasar su un intervallo di lunghezze d’onda. Queste informazioni sono state poi inserite in un modello computerizzato che dettagliava quanta di questa luce poteva essere attribuita a una sorgente puntiforme compatta – il disco di accrescimento attorno al buco nero – e quanta poteva essere attribuita a una fonte più diffusa – stelle sparse nella galassia. .
Dividendo la luce in due sorgenti, il team è stato anche in grado di dedurre le masse di entrambi gli elementi in queste galassie. Ciò ha rivelato che i buchi neri supermassicci hanno masse equivalenti a circa il 10% della massa delle stelle che li circondano.
Anche se questo può sembrare un enorme squilibrio a favore delle stelle, si consideri come i buchi neri supermassicci centrali nelle galassie moderne abbiano una massa pari solo allo 0,1% della massa delle stelle nelle galassie che li circondano.
“Questo ci dice qualcosa su ciò che cresce per primo: è il buco nero che cresce per primo, e poi segue la galassia? Oppure sono la galassia e le sue stelle che crescono per prime, dominando e regolando la crescita del buco nero?” Ha detto Ehlers. “Vediamo che i buchi neri nell’universo primordiale sembrano crescere più velocemente delle galassie che li ospitano.
“Questa è la prova preliminare che i semi del buco nero primordiale avrebbero potuto essere molto più grandi in quel momento.”
“Dopo la comparsa dell’universo, ci sono stati buchi neri primordiali che hanno poi consumato materia e sono cresciuti in un tempo molto breve. Una delle grandi domande è capire come questi buchi neri giganti abbiano potuto crescere così grandi e così velocemente”, ha concluso Yu. “Deve esserci qualche meccanismo per far sì che il buco nero acquisisca massa prima di quella della sua galassia ospite in quei primi miliardi di anni.
“È una specie di prima prova che vediamo in merito, il che è entusiasmante.”
I risultati della squadra sono pubblicati in Giornale astrofisico.
