Sono stati osservati alcuni aloni di gas intorno a galassie primordiali, “cibo” perfetto per i buchi neri supermassicci al loro centro

Alcuni astronomi, utilizzando il VLT (Very Large Telescope) dell’ESO, hanno osservato serbatoi di gas freddo intorno ad alcune delle prime galassie dell’Universo. Questi aloni di gas sono il cibo perfetto per i buchi neri supermassicci al centro di queste stesse galassie, che vengono ora visti come erano oltre 12,5 miliardi di anni fa. Questa riserva di cibo potrebbe spiegare come questi mostri cosmici siano cresciuti così velocemente durante un periodo nella storia dell’Universo noto come Alba Cosmica.

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Un alone di gas osservato da MUSE intorno alla fusione tra galassie come viste da ALMA. Credit: ESO

Siamo ora in grado di dimostrare, per la prima volta, che le galassie primordiali hanno abbastanza cibo nel loro ambiente per sostenere sia la crescita dei buchi neri supermassicci che una vigorosa formazione di stelle“, afferma Emanuele Paolo Farina, dell’Istituto Max Planck per l’astronomia a Heidelberg, in Germania, a capo della ricerca pubblicata su The Astrophysical Journal a Dicembre 2019. “Questa informazione aggiunge un pezzo fondamentale al puzzle che gli astronomi stanno costruendo per spiegarsi come si siano formate le strutture cosmiche più di 12 miliardi di anni fa.”

La crescita dei buchi neri

Gli astronomi si chiedono come i buchi neri supermassicci siano stati in grado di crescere così tanto e così in fretta nella storia dell’Universo. “La presenza di questi primi mostri, con masse di diversi miliardi di volte la massa del Sole, è un grande mistero“, dice Farina, che ha anche un’affiliazione con il Max Planck Institute for Astrophysics di Garching bei München. Ciò significa infatti che i primi buchi neri, che potrebbero essersi formati dal collasso delle prime stelle, devono essere cresciuti molto velocemente. Ma fino a ora gli astronomi non avevano individuato il “cibo per buco nero” – gas e polvere – in quantità sufficienti per spiegare questa rapida crescita.

Veduta 3D dell’alone di gas osservato da MUSE intorno alla fusione tra galassie come viste da ALMA

A complicare ulteriormente le cose, le precedenti osservazioni con ALMA, l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, hanno rivelato in queste galassie primordiali molta polvere e gas, in grado di alimentare una rapida formazione di stelle. Queste osservazioni di ALMA hanno suggerito che potrebbe essere rimasto troppo poco “cibo” per alimentare un buco nero.

Animazione artistica di un quasar lontano circondato da un alone di gas

Mistero risolto

Per risolvere questo mistero, Farina e i suoi colleghi hanno usato lo strumento MUSE sul VLT (Very Large Telescope) dell’ESO nel deserto cileno di Atacama per studiare i quasars – oggetti estremamente luminosi alimentati da buchi neri supermassicci che risiedono al centro di enormi galassie. Lo studio ha esaminato 31 quasar che vengono visti com’erano più di 12,5 miliardi di anni fa, in un momento in cui l’Universo era ancora un bambino, di soli circa 870 milioni di anni. Questo è uno dei più grandi campioni di quasar della fase primordiale dell’Universo.

Quasar
Rappresentazione artistica di un quasar lontano circondato da un alone di gas. Credit: ESO

Gli astronomi hanno scoperto che 12 quasar erano circondati da enormi serbatoi di gas: aloni di idrogeno gassoso, freddo e denso, che si estendevano per 100000 anni luce dal buco nero centrale e con miliardi di volte la massa del Sole. L’equipe, proveniente da Germania, Stati Uniti, Italia e Cile, ha anche scoperto che questi aloni di gas sono strettamente legati alle galassie, fornendo la fonte di cibo perfetta per sostenere sia la crescita dei buchi neri supermassicci che la vigorosa formazione stellare.

MUSE decisivo

La ricerca è stata possibile grazie alla superba sensibilità di MUSE, (o Multi Unit Spectroscopic Explorer), installato sul VLT dell’ESO, che Farina afferma essere “un punto di svolta” nello studio dei quasar. “Nel giro di poche ore per oggetto, siamo stati in grado di scavare a fondo nei dintorni dei più grandi e voraci buchi neri presenti nel giovane Universo“, aggiunge. Mentre i quasar sono luminosi, i serbatoi di gas intorno a loro sono molto più difficili da osservare. Ma MUSE riesce a rilevare il debole bagliore dell’idrogeno gassoso degli aloni, permettendo agli astronomi di rivelare finalmente le scorte di cibo che alimentano i buchi neri supermassicci nell’Universo primordiale.

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