Grazie alle straordinarie capacità del telescopio James Webb sono state rilevate prove della fusione di due buchi neri quando l’Universo aveva appena 740 milioni di anni

Le nuove osservazioni del James Webb hanno fornito la prova di una fusione in corso tra due galassie e i loro enormi buchi neri quando l’Universo aveva appena 740 milioni di anni. Il sistema è noto come ZS7. Da tempo gli astronomi hanno trovato buchi neri supermassicci con masse da milioni a miliardi di volte quella del Sole nelle galassie più massicce dell’Universo locale, inclusa la nostra Via Lattea. Questi buchi neri hanno probabilmente avuto un impatto importante sull’evoluzione delle galassie in cui risiedono. Tuttavia, gli scienziati non comprendono ancora del tutto come questi oggetti siano diventati così massicci. La scoperta di giganteschi buchi neri già presenti nel primo miliardo di anni dopo il Big Bang indica che tale crescita deve essere avvenuta molto rapidamente e molto presto. Ora, rilevata la fusione di buchi neri più distante di sempre, il telescopio spaziale James Webb sta gettando nuova luce sulla crescita dei buchi neri nell’Universo primordiale.

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Buchi neri supermassicci

Questa immagine mostra la posizione del sistema galattico ZS7. Sono mostrati tre pannelli che mostrano un’area sempre più piccola del campo galattico: la prima immagine mostra un ampio campo di galassie sullo sfondo nero dello spazio. La seconda immagine mostra una regione più piccola di questo campo, rivelando le galassie più in dettaglio, apparendo in una varietà di forme e colori. L’immagine finale mostra il sistema della galassia ZS7, rivelando l’emissione di idrogeno ionizzato in arancione e l’emissione di ossigeno doppiamente ionizzato in rosso scuro. Credit: ESA/Webb, NASA, CSA, J. Dunlop, H. Übler, R. Maiolino, et. al

I buchi neri supermassicci che accrescono attivamente materia hanno caratteristiche spettrografiche distintive che consentono agli astronomi di identificarli. Per le galassie molto distanti, come quelle oggetto di questo studio, queste tracce sono inaccessibili da Terra e possono essere viste solo con l’aiuto del James Webb.

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Gli scienziati hanno trovato prove dell’esistenza di gas molto denso con movimenti rapidi in prossimità del buco nero, nonché di gas caldo e altamente ionizzato illuminato dalla radiazione energetica tipicamente prodotta dai buchi neri nei loro episodi di accrescimento. Grazie alla nitidezza senza precedenti delle sue capacità di imaging, James Webb ha anche permesso al team di separare spazialmente i due buchi.

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Il team ha scoperto che uno dei due buchi neri ha una massa pari a 50 milioni di volte la massa del Sole. La massa dell’altro buco nero è probabilmente simile, anche se è molto più difficile da misurare perché questo secondo buco si trova sepolto dentro del gas molto denso.

I nostri risultati suggeriscono che la fusione è un percorso importante attraverso il quale i buchi neri possono crescere rapidamente, anche nell’Universo primordiale. Insieme ad altre scoperte del James Webb di buchi neri supermassicci e attivi nell’Universo lontano, i risultati mostrano anche che i buchi neri hanno modellato l’evoluzione delle galassie fin dall’inizio.

Ulteriori analisi con le onde gravitazionali

Immagine scattata dal James Webb della sistema galattico ZS7. il Esso è la prova di una fusione in corso di due galassie e dei loro massicci buchi neri quando l’Universo aveva solo 740 milioni di anni. Credit: ESA/Webb, NASA, CSA, J. Dunlop, H. Übler, R. Maiolino, et. al

Il team osserva che una volta che i due buchi neri si fonderanno, genereranno anche onde gravitazionali. Eventi come questo saranno rilevabili con la prossima generazione di osservatori di onde gravitazionali, come la prossima missione Laser Interferometer Space Antenna (LISA), che è stata recentemente approvata dall’Agenzia spaziale europea e sarà il primo osservatorio spaziale dedicato allo studio delle onde gravitazionali.

I risultati del James Webb ci dicono che i sistemi più leggeri rilevabili da LISA dovrebbero essere molto più frequenti di quanto si pensasse in precedenza. E molto probabilmente costringerà ad adattare i nostri modelli per i tassi LISA in questo intervallo di massa, ed è solo la punta dell’iceberg.

Questa scoperta deriva da osservazioni effettuate nell’ambito del programma Galaxy Assembly con la spettroscopia a campo integrale NIRSpec. Al team è stato recentemente assegnato un nuovo grande programma nel terzo ciclo di osservazioni del James Webb, per studiare in dettaglio la relazione tra i buchi neri massicci e le galassie che li ospitano nel primo miliardo di anni.

Una componente importante di questo programma sarà la ricerca sistematica e la caratterizzazione delle fusioni di buchi neri. Questo sforzo determinerà la velocità con cui avviene la loro fusione nelle prime epoche cosmiche e valuterà il ruolo della fusione nella crescita iniziale dei buchi neri e la velocità con cui le onde gravitazionali vengono prodotte dall’alba dei tempi.

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Fonte: ESA