Gli astronomi hanno utilizzato il telescopio spaziale James Webb per rilevare antichi quasar solitari dalle origini poco chiare. Sembrano avere pochi vicini cosmici, sollevando interrogativi su come siano emersi per la prima volta più di 13 miliardi di anni fa.
Antichi quasar solitari dalle origini poco chiare
Un quasar è una regione incredibilmente luminosa al centro di una galassia, alimentata da un buco nero supermassiccio. Mentre questo buco nero attira gas e polvere dai suoi dintorni, rilascia un’immensa quantità di energia, rendendo i quasar alcuni degli oggetti più luminosi dell’Universo.
I quasar sono stati rilevati fin da alcune centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang, sollevando la questione di come abbiano potuto diventare così massicci e luminosi in un lasso di tempo cosmico così breve.
Gli scienziati hanno ipotizzato che i primi si siano formati in aree di materia primordiale eccessivamente densa, che probabilmente hanno anche dato origine a galassie più piccole nelle vicinanze. Un recente studio condotto dal MIT ha tuttavia rivelato che alcuni di questi sembrano esistere in isolamento, senza i densi ambienti galattici attesi nell’universo primordiale.
Lo studio
Un team di astronomi ha utilizzato il telescopio spaziale James Webb (JWST) della NASA per guardare indietro nel tempo, più di 13 miliardi di anni, per studiare l’ambiente cosmico di cinque quasar antichi noti e hanno trovato una sorprendente varietà nei loro campi. Mentre alcuni di essi risiedono in campi molto affollati con più di 50 galassie vicine, come prevedono tutti i modelli, quelli rimanenti sembrano vagare nei vuoti, con solo poche galassie vaganti nelle loro vicinanze.
Questo fenomeno sta mettendo alla prova la comprensione dei fisici su come oggetti così luminosi possano essersi formati così presto nell’Universo, senza una fonte significativa di materia circostante che alimentasse la loro crescita nel buco nero.
“Contrariamente a quanto si credeva in precedenza, scopriamo che in media questi quasar non si trovano necessariamente in quelle regioni a più alta densità dell’universo primordiale. Alcuni di loro sembrano essere nel bel mezzo del nulla“, ha affermato Anna-Christina Eilers, Professoressa associata di fisica al MIT: “È difficile spiegare come siano potuti crescere così tanto se sembrano non avere nulla da cui nutrirsi“.
C’è la possibilità che non siano così solitari come sembrano, ma siano invece circondati da galassie che sono pesantemente avvolte nella polvere e quindi nascoste alla vista. Eilers e i suoi colleghi sperano di sintonizzare le loro osservazioni per cercare di vedere attraverso qualsiasi polvere cosmica, al fine di comprendere come i quasar siano cresciuti così grandi, così velocemente, nell’Universo primordiale.
Eilers e i suoi colleghi hanno riportato le loro scoperte in un articolo pubblicato sull’Astrophysical Journal. I coautori del MIT hanno incluso Rohan Naidu e Minghao Yue; Robert Simcoe, Francis Friedman Professor of Physics e direttore del Kavli Institute for Astrophysics and Space Research del MIT; e collaboratori di istituzioni tra cui la Leiden University, la University of California a Santa Barbara, l’ETH di Zurigo e altrove.
I cinque quasar appena osservati sono tra i più antichi osservati fino a oggi. Con più di 13 miliardi di anni, si pensa che gli oggetti si siano formati tra 600 e 700 milioni di anni dopo il Big Bang. I buchi neri supermassicci che li alimentano sono un miliardo di volte più massicci del Sole e più di un trilione di volte più luminosi. Grazie alla loro estrema luminosità, la loro luce è in grado di viaggiare per l’età dell’Universo, abbastanza lontano da raggiungere oggi i rilevatori altamente sensibili del JWST.
“È semplicemente fenomenale che ora abbiamo un telescopio in grado di catturare la luce di 13 miliardi di anni fa in modo così dettagliato“, ha osservato Eilers: “Per la prima volta, JWST ci ha permesso di osservare l’ambiente, dove sono cresciuti e com’era il loro vicinato“.
“La domanda principale a cui stiamo cercando di rispondere è: come si formano questi buchi neri da miliardi di masse solari in un momento in cui l’Universo è ancora molto, molto giovane? È ancora nella sua infanzia“, ha aggiunto Eilers.
Le scoperte del team potrebbero sollevare più domande che risposte. I quasar “solitari” sembrano vivere in regioni relativamente vuote dello Spazio. Se i modelli cosmologici dei fisici sono corretti, queste regioni sterili indicano pochissima materia oscura, o materiale di partenza per la formazione di stelle e galassie.
Conclusioni
“I nostri risultati mostrano che manca ancora un pezzo significativo del puzzle su come crescono questi buchi neri supermassicci“, ha concluso Eilers: “Se non c’è abbastanza materiale in giro perché alcuni quasar siano in grado di crescere in modo continuo, significa che deve esserci un altro modo in cui possono crescere, che dobbiamo ancora capire“.
