Una minuscola macchia di luce rossa, osservata agli albori dell’Universo, potrebbe offrire la prima prova diretta del processo di formazione di un buco nero supermassiccio.
Un vasto team internazionale, guidato dall’astrofisico Ignas Juodžbalis dell’Università di Cambridge, ha misurato con successo la massa di uno di questi enigmatici “Little Red Dots” (LRD), denominato QSO1, individuati dal telescopio spaziale James Webb (JWST) nell’epoca della reionizzazione, appena 600 milioni di anni dopo il Big Bang.
QSO1: un buco nero primordiale?
I risultati del team suggeriscono che il misterioso bagliore, denominato QSO1, sia un buco nero con una massa equivalente a 50 milioni di masse solari. Se questa scoperta venisse convalidata, potrebbe rappresentare la prova dell’esistenza di buchi neri primordiali, formatisi nei primissimi istanti dopo il Big Bang. I ricercatori, in un articolo pre-stampa, hanno sottolineato che “l’elevata massa in un’epoca cosmica così remota, l’estremo rapporto tra massa del buco nero e massa stellare, insieme all’ambiente quasi incontaminato, indicano che QSO1 è un enorme seme di buco nero catturato nelle prime fasi di accrescimento”.
Il JWST, il telescopio più potente mai costruito, ha da sempre promesso di rivelare aspetti inediti e sconosciuti dei primi miliardi di anni dell’Universo. Gli LRD sono uno di questi fenomeni inattesi. Si tratta di piccoli puntini di luce che appaiono estremamente spostati verso il rosso, risalenti all’Epoca della Reionizzazione. Durante questo lungo periodo, la luce delle prime stelle e galassie avrebbe dissipato la fitta nebbia che avvolgeva l’Universo primordiale, permettendo alla luce di viaggiare liberamente.
Osservare questa fase è particolarmente difficile a causa della sua immensa distanza spazio-temporale e della sua opacità. Sebbene gli scienziati abbiano sviluppato diverse teorie sulla formazione delle prime stelle, galassie e buchi neri, trovare prove osservative concrete è sempre stato molto complesso.
Un telescopio per l’alba dell’Universo
La luce proveniente dagli oggetti dell’Universo primordiale si è allungata verso il rosso a causa dell’espansione costante dello spazio, un fenomeno noto come “spostamento verso il rosso”. Il JWST è stato appositamente progettato per osservare queste lunghezze d’onda, rendendolo lo strumento più efficace a nostra disposizione per studiare le origini del Cosmo.
Il telescopio ha identificato centinaia di minuscoli puntini di luce rossa (LRD), ma la loro natura rimane un mistero. Alcuni scienziati ipotizzano che possano essere buchi neri primordiali, anche se la loro inspiegabile assenza di raggi X pone un problema a questa teoria. Un’altra ipotesi è che si tratti di ammassi stellari.
Per approfondire la questione, il team di ricerca ha scelto di studiare un LRD in particolare, denominato QSO1. Questo oggetto è parte di un fenomeno di lente gravitazionale, dove un massiccio ammasso di galassie tra noi e QSO1 amplifica la luce proveniente da quest’ultimo, rendendolo visibile con un dettaglio eccezionale. Analizzando attentamente la luce amplificata, gli scienziati sono riusciti a calcolare la sua curva di rotazione, che ha rivelato la massa dell’oggetto e del buco nero al suo interno.
I risultati hanno dimostrato che i dati sono incompatibili con l’ipotesi degli ammassi stellari. La curva di rotazione di QSO1 è, invece, perfettamente coerente con una galassia che ruota attorno a un buco nero di circa 50 milioni di masse solari. Questa interpretazione è supportata anche dalle misurazioni delle linee dell’idrogeno nello spettro dell’oggetto.
C’è un elemento che rende il caso unico: la galassia attorno al buco nero è minuscola, molto più piccola di quanto ci si aspettasse. Questo rende QSO1 il buco nero massiccio più “nudo” mai individuato.
Tale scoperta potrebbe suggerire un nuovo scenario per la formazione delle galassie nell’Universo primordiale, dove i buchi neri si sarebbero formati prima, fungendo da “semi” attorno a cui si sarebbero poi assemblate le galassie. I ricercatori ritengono che gli unici scenari che possano spiegare un sistema del genere sono quelli che prevedono la formazione di “semi pesanti”, come i buchi neri a collasso diretto o i buchi neri primordiali.
documento del team è disponibile su arXiv.
