Una scoperta rivoluzionaria nel campo dell’astronomia
(TEMPOITALIA.IT) Il Telescopio Spaziale James Webb ha fatto una scoperta sorprendente nel suo primo anno di servizio: una grande quantità di piccoli punti rossi nell’Universo lontano potrebbe cambiare il modo in cui comprendiamo la genesi dei buchi neri supermassicci. La ricerca, guidata da Jorryt Matthee, professore assistente di astrofisica presso l’Istituto di Scienza e Tecnologia dell’Austria (ISTA), è stata pubblicata su The Astrophysical Journal.
La sfida delle teorie astronomiche esistenti
Un gruppo di piccoli punti rossi trovati in una minuscola regione del nostro cielo notturno potrebbe rappresentare una svolta inaspettata per il Telescopio Spaziale James Webb (JWST) nel suo primo anno di servizio. Questi oggetti erano indistinguibili dalle normali galassie attraverso gli ‘occhi’ del più vecchio Telescopio Spaziale Hubble.
“Anche se non è stato sviluppato per questo scopo specifico, il JWST ci ha aiutato a determinare che i piccoli punti rossi deboli – trovati molto lontano nel passato remoto dell’Universo – sono piccole versioni di buchi neri estremamente massicci. Questi oggetti speciali potrebbero cambiare il modo in cui pensiamo alla genesi dei buchi neri”, afferma Jorryt Matthee, professore assistente presso l’ISTA e autore principale dello studio.
“I risultati attuali potrebbero avvicinarci di un passo alla risposta a uno dei più grandi dilemmi dell’astronomia: secondo i modelli attuali, alcuni buchi neri supermassicci nell’Universo primordiale sono semplicemente cresciuti ‘troppo velocemente’. Quindi, come si sono formati?”
Quasar giganti e piccoli punti rossi
Un’immagine NIRCam del Telescopio Spaziale James Webb (JWST) della NASA/ESA/CSA mostra il quasar luminoso J1148+5251, un buco nero supermassiccio attivo estremamente raro di 10 miliardi di masse solari. La luce del quasar, la sorgente simile a una stella arancione con sei chiari picchi di diffrazione, è stata emessa 13 miliardi di anni fa. L’esistenza di buchi neri così massicci nell’Universo giovane rappresenta una sfida importante per le teorie sulla formazione dei buchi neri e delle galassie. Contemporaneamente, l’immagine ha catturato piccoli oggetti rossi puntiformi, i cosiddetti piccoli punti rossi. Diversi di questi oggetti appaiono praticamente in ogni immagine profonda del JWST. Come il quasar J1148+5251, la luce di questi oggetti (che in questi casi è stata emessa 12,5 miliardi di anni fa) è alimentata anche da buchi neri supermassicci. Tuttavia, questi buchi neri hanno una massa da cento a mille volte inferiore e sono fortemente oscurati dalla polvere (rendendoli rossi). I piccoli punti rossi potrebbero rappresentare galassie che si trovano in una fase evolutiva che precede la fase del quasar luminoso e quindi aiutare i ricercatori a comprendere la formazione e il ruolo dei buchi neri supermassicci nelle galassie lontane.
I punti cosmici di non ritorno
Gli scienziati hanno a lungo considerato i buchi neri una curiosità matematica fino a quando la loro esistenza è diventata sempre più evidente. Questi strani pozzi cosmici senza fondo potrebbero avere masse così compatte e gravità così forti che nulla può sfuggire alla loro forza di attrazione: aspirano qualsiasi cosa, compresa la polvere cosmica, i pianeti e le stelle, e deformano lo spazio e il tempo intorno a loro in modo tale che nemmeno la luce possa sfuggire.
La teoria generale della relatività, pubblicata da Albert Einstein oltre un secolo fa, prevedeva che i buchi neri potessero avere qualsiasi massa. Alcuni dei buchi neri più intriganti sono i buchi neri supermassicci (SMBH), che potrebbero raggiungere milioni o miliardi di volte la massa del Sole. Gli astrofisici concordano sul fatto che al centro di quasi ogni grande galassia ci sia un SMBH. La prova che Sagittarius A* è un SMBH al centro della nostra Galassia con oltre quattro milioni di volte la massa del Sole, ha guadagnato il Premio Nobel per la Fisica nel 2020.
Troppo massicci per essere lì
Tuttavia, non tutti gli SMBH sono uguali. Mentre Sagittarius A* potrebbe essere paragonato a un vulcano dormiente, alcuni SMBH crescono estremamente rapidamente inghiottendo quantità astronomiche di materia. Così facendo, diventano così luminosi che possono essere osservati fino al confine dell’Universo in continua espansione. Questi SMBH sono chiamati quasar e sono tra gli oggetti più luminosi dell’Universo.
“Un problema con i quasar è che alcuni di essi sembrano essere eccessivamente massicci, troppo massicci data l’età dell’Universo in cui i quasar sono osservati. Li chiamiamo i ‘quasar problematici’”, dice Matthee. “Se consideriamo che i quasar derivano dalle esplosioni di stelle massicce – e che conosciamo il loro tasso di crescita massimo dalle leggi generali della fisica, alcuni di essi sembrano essere cresciuti più velocemente di quanto sia possibile. È come guardare un bambino di cinque anni che è alto due metri. Qualcosa non torna”, spiega.
Forse gli SMBH possono crescere ancora più velocemente di quanto pensassimo in origine? O si formano in modo diverso?
Versioni piccole di mostri cosmici giganti
Ora, Matthee e i suoi colleghi identificano una popolazione di oggetti che appaiono come piccoli punti rossi nelle immagini del JWST. Inoltre, dimostrano che questi oggetti sono SMBH, ma non eccessivamente massicci. Centrale nel determinare che questi oggetti sono SMBH è stata la rilevazione di linee spettrali di emissione Hα con profili di linea ampi. Le linee Hα sono linee spettrali nella regione del rosso profondo della luce visibile che vengono emesse quando gli atomi di idrogeno vengono riscaldati. La larghezza degli spettri traccia il movimento del gas.
“Più ampia è la base delle linee Hα, maggiore è la velocità del gas. Quindi, questi spettri ci dicono che stiamo guardando una nuvola di gas molto piccola che si muove estremamente rapidamente e orbita attorno a qualcosa di molto massiccio come un SMBH”, dice Matthee.
Tuttavia, i piccoli punti rossi non sono i mostri cosmici giganti trovati negli SMBH eccessivamente massicci. “Mentre i ‘quasar problematici’ sono blu, estremamente luminosi e raggiungono miliardi di volte la massa del Sole, i piccoli punti rossi sono più come ‘quasar baby’. Le loro masse si trovano tra dieci e cento milioni di masse solari. Inoltre, appaiono rossi perché sono polverosi. La polvere oscura i buchi neri e arrossa i colori”, dice Matthee.
Ma alla fine, il flusso di gas dai buchi neri perforerà il bozzolo di polvere e i giganti si evolveranno da questi piccoli punti rossi. Quindi, l’astrofisico dell’ISTA e il suo team suggeriscono che i piccoli punti rossi sono piccole versioni rosse di giganteschi SMBH blu nella fase che precede i quasar problematici. “Studiare le versioni baby degli SMBH eccessivamente massicci in modo più dettagliato ci permetterà di capire meglio come si formano i quasar problematici”.
