Al centro delle galassie più massicce dell’Universo si trovano i fenomeni intensamente potenti ed energetici noti come buchi neri supermassicci (SMBH). Ciò include l’SMBH al centro della Via Lattea, la misteriosa sorgente radio nota come Sagittario A*. La presenza di questi buchi neri supermassicci fa sì che i nuclei di queste galassie diventino particolarmente energetici – alias un nucleo galattico attivo (AGN) o un Quasar – e li fa eclissare tutte le altre stelle nel disco galattico messe insieme.
Per decenni, gli astronomi hanno cercato di saperne di più sugli SMBH e sul loro ruolo nell’evoluzione del cosmo. Una domanda particolarmente scottante è come si siano formati i primi SMBH nell’Universo, il che porrebbe vincoli su come hanno influenzato le galassie nel tempo. Con una scoperta sorprendente, un team internazionale ha osservato per la prima volta l’antenato di un SMBH. Questo buco nero (noto come GNz7q) è esistito durante un periodo noto come “Cosmic Dawn“, molto prima del previsto.
Come indicano nel loro articolo, GNz7q è stato scoperto sulla base dei dati del telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA. Sulla base della loro analisi, l’oggetto aveva proprietà che si trovavano da qualche parte tra quelle di una galassia e quelle di un quasar. Ciò li ha portati a concludere che l’oggetto fosse il predecessore di un SMBH che esisteva oltre 13 miliardi di anni fa, appena 750 milioni di anni dopo il Big Bang. Questo coincide con il periodo noto come “Cosmic Dawn“, quando si formarono le prime galassie nell’Universo.
Mentre le simulazioni condotte in precedenza che hanno modellato l’espansione cosmica hanno indicato che tali oggetti esistevano durante questa era, questa è la prima volta che un tale oggetto è stato osservato.
Questo potenziale antenato di un SMBH è stato scoperto come parte dell’indagine sul campo Hubble GOODS North (GOODS-N), una delle più grandi viste panoramiche dell’Universo primordiale nello spettro ultravioletto. Questa indagine ha riguardato circa 15.000 galassie, 12.000 delle quali sono state osservate per avere alti tassi di formazione stellare. Uno di questi era GNz7q, che era visibile come una sorgente puntiforme rossa grazie alle capacità di imaging a ultravioletti lontani (UV) di Hubble e alla spettroscopia senza fenditura.
Ulteriori analisi hanno indicato che è estremamente debole in termini di raggi X, indicando una regione di formazione stellare compatta unicamente ultravioletta o un disco di accrescimento di buchi neri nel nucleo polveroso dello starburst. Il team ha concluso che le proprietà osservate erano coerenti con le previsioni fatte dalle suddette simulazioni cosmologiche utilizzate per ricreare il ciclo di vita di galassie e quasar. Suggerisce inoltre che GNz7q sia ancestralmente correlato ai quasar osservati in epoche cosmiche più recenti.
È interessante notare che GNz7q è stato trovato al centro dell’Hubble GOODS-N, che risulta essere uno dei campi di indagine più studiati. Il team è stato in grado di notarlo solo “nascosto in bella vista” a causa dei set di dati multi-lunghezza d’onda riccamente dettagliati del sondaggio. Senza questi, l’oggetto sarebbe passato facilmente inosservato poiché manca delle caratteristiche distintive che avevano i quasar durante le prime epoche dell’Universo.
È improbabile che la scoperta di GNz7q all’interno del sondaggio GOODS-N relativamente piccolo sia stata solo “stupida fortuna”, ma piuttosto che la prevalenza di tali fonti possa, in effetti, essere significativamente più alta di quanto si pensasse in precedenza”.
La scoperta è legata a un certo tipo di quasar (oggetti quasi stellari), in particolare quelli che hanno tassi di formazione stellare e polvere al centro molto alti. Con i quasar più vecchi, come quelli osservati più vicino alla Via Lattea, la loro luminosità risulta dagli SMBH che fanno cadere grandi quantità di gas in orbita attorno a loro a velocità relativistiche (una frazione della velocità della luce). Quando il gas cade verso il bordo esterno del buco nero (l’orizzonte degli eventi), si riscalda a causa dell’intenso attrito e rilascia enormi quantità di energia sotto forma di luce e calore.
Al contrario, le giovani galassie con alti tassi di formazione stellare vicino ai loro nuclei fanno sì che rilascino calore intenso e polvere cosmica. Questa polvere assorbe la luce intorno all’SMBH, facendo brillare il quasar nello spettro infrarosso. Nel caso di GNz7q, il tasso di formazione di nuove stelle è 1.600 volte maggiore della galassia della Via Lattea, il che la rende più luminosa nello spettro IR di qualsiasi oggetto conosciuto esistito durante questo periodo di Alba Cosmica.
Uno sguardo al futuro
Guardando al futuro, il team spera di affidarsi al James Webb Space Telescope (JWST) per cercare sistematicamente oggetti simili. Tra la sua ottica ad alta risoluzione e la sofisticata suite di telecamere a infrarossi e spettrometri, il James Webb sarà in grado di guardare sempre più indietro nel tempo e vedere le prime galassie quando si stavano ancora formando. Questo darà agli astronomi la capacità di vedere esattamente come si sono evolute le galassie e la struttura su larga scala dell’Universo da allora.
Il James Webb sarà affiancato da altri strumenti di prossima generazione nei prossimi anni, inclusi telescopi spaziali come Nancy Grace Roman (RST) della NASA e Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization e Ices Explorer (SPHEREx) telescopi spaziali e le missioni Euclid, Athena e Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey (ARIEL) dell’ESA. Contemporaneamente, diventeranno operativi anche strumenti a terra come l’Extremely Large Telescope dell’ESO, il Giant Magellan Telescope e il Thirty Meter Telescope (TMT).
Basandosi su una combinazione di ottica avanzata, ottica adattiva, coronografi e spettrometri, questi osservatori guarderanno indietro all’inizio dell’Universo, rivelando nuove intuizioni sulla materia oscura, l’energia oscura e l’evoluzione cosmica. Alla fine, i “Secoli Oscuri” cosmici che hanno impedito agli astronomi di studiare i primi periodi dell’Universo saranno finalmente dissipati.
Il documento che descrive la loro ricerca e le loro scoperte è apparso di recente sulla rivista scientifica Nature.
Precedentemente pubblicato su universetoday.com
