Un buco nero supermassivo nel cosmo neonato sfida le nostre teorie

Quando il buco nero supermassivo al centro della galassia M87 * è stato “fotografato”nel 2019, gli astronomi lo hanno descritto come il testimone delle “porte dell’Inferno e della fine dello spaziotempo“. Il buco nero in M87 * è veramente immenso, ampio come l’intero sistema solare.

Tuttavia esistono oggetti ancora più mostruosi, questi astri, definiti “Quasar”, emettono cosi tanta energia da essere visibili a distanze cosmologiche.

Gli astronomi hanno scoperto il secondo quasar più distante mai rilevato prima d’ora utilizzando tre osservatori situati sul Maunakea alle Hawaii: WM Keck Observatory, l’International Gemini Observatory, un programma del NOIRLab della NSF e il telescopio a infrarossi del Regno Unito di proprietà dell’Università delle Hawaii (UKIRT ). 

La ricerca è stata accettata nell’Astrophysical Journal Letters .

Questo buco nero supermassivo è il primo quasar a ricevere un nome hawaiano indigeno, Poniua’ena, che significa “fonte di creazione rotante invisibile, circondata da brillantezza” nella lingua hawaiana.

La luce proveniente da Pōniuā`ena ha raggiunto il nostro pianeta e i nostri strumenti 13 miliardi di anni dopo aver lasciato il quasar appena 700 milioni di anni dopo il Big Bang. L’esistenza del buco nero supermassivo è una sfida per la teoria attuale

Xiaohui Fan, professore di Regents e capo dipartimento associato del Dipartimento di Astronomia dell’Università dell’Arizona è stupito dalle dimensioni di questo oggetto. Tra gli esperti non si trova una risposta su come si sia potuto formare un buco nero supermassivo con una massa simile così presto nella sua storia.

La teoria attuale ritiene che la crescita dei primi buchi neri supermassivi sia iniziata durante l’Epoca di reionizzazione, circa 400 milioni di anni dopo il Big Bang. 

Poniua’ena o J1007 + 2115, al redshift 7.515 è il secondo quasar rilevato a una distanza calcolata con un redshift cosmologico maggiore di 7,5 e ospita un buco nero supermassivo due volte più grande di un’altro quasar appartenente alla stessa epoca denominato J1342 + 0928 e scoperto nel 2018.

Le osservazioni spettroscopiche dell’Osservatorio Keck e dell’Osservatorio Gemini mostrano che il buco nero supermassivo che alimenta Pōniuā`ena è 1,5 miliardi di volte più massiccio del Sole.

Jinyi Yang, ricercatore post-dottorato associato allo Steward Observatory dell’Università dell’Arizona e autore principale dello studio ha dichiarato che Pōniuā`ena è ora il quasar più lontano conosciuto che ospita un buco nero supermassivo con una massa superiore a un miliardo di masse solari.

Il “seme” cosmico del buco nero supermassivo

Un buco nero supermassivo di queste dimensioni deve ricorrere a meccanismi particolari per formarsi poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang. Un oggetto del genere deve partire da un “seme” di almeno 10.000 masse solar circa 100 milioni di anni dopo il Big Bang, piuttosto che accrescersi a partire da un buco nero formato dal collasso di una singola stella. 

Pōniuā`ena ha posto nuovi e importanti vincoli all’evoluzione della materia presente tra le galassie (mezzo intergalattico) nell’epoca della reionizzazione.

Come ha spiegato il coautore dello studio Joseph Hennawi, professore del Dipartimento di Fisica dell’Università della California, Santa Barbara, Pōniuā`ena funziona come un gigantesco faro cosmico. Mentre la sua luce percorre il lungo viaggio che lo separa dalla Terra, il suo spettro viene alterato dal gas diffuso nel mezzo intergalattico e questo ha permesso di scoprire quando si è verificata l’epoca della reionizzazione.

Il team di Yang ha rilevato per la prima volta Pōniuā`ena come un possibile quasar dopo aver setacciato i dati UKIRT Hemisphere Survey e i dati del telescopio Pan-STARRS1 dell’Università delle Hawai’i Institute for Astronomy’si.

Rivelato dall’Osservatorio Gemini 

Nel 2019 i ricercatori hanno osservato il quasar Pōniuā`ena attraverso lo strumento GNIRS dell’Osservatorio Gemini e il Near Infrared Echellette Spectrograph (NIRES) dell’Osservatorio Keck per confermarne l’esistenza.

“I dati preliminari di Gemini suggerivano che questa sarebbe stata probabilmente una scoperta importante. Il nostro team aveva programmato il tempo di osservazione a Keck solo poche settimane dopo, perfettamente sincronizzato per osservare il nuovo quasar utilizzando lo spettrografo NIRES di Keck al fine di confermare il suo spostamento verso il rosso estremamente elevato e misurare la massa del suo buco nero”, ha spiegato il coautore Aaron Barth, professore del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università della California, Irvine.

John O’Meara, capo scienziato al Keck Observatory sostiene che esistono molti modi diversi per studiare e capire l’universo, Pōniuā`ena è un meraviglioso esempio di interconnessione tra scienza e cultura, con un apprezzamento condiviso per come i diversi sistemi di conoscenza si arricchiscono a vicenda.

Gli astronomi Keck riconoscono il ruolo culturale molto significativo e la riverenza che il Maunakea ha sempre avuto all’interno della comunità dei nativi hawaiani. “Siamo molto fortunati ad avere l’opportunità di condurre osservazioni da questa montagna” , hanno dichiarato i ricercatori.