Nuove scoperte del James Webb Space Telescope rivelano come i buchi neri supermassicci e le loro galassie si siano formati insieme nell’universo primordiale
Circa 13.5 miliardi di anni fa, i buchi neri al centro di piccole e dense galassie contribuivano a stimolare la prima formazione stellare. Queste galassie, ricche di polvere e gas, erano infatti l’ambiente ideale per la nascita di molte delle prime stelle. La grande quantia` di energia rilasciata dall’accrescimento della materia da parte di questi antichi oggetti contribui` a comprimere il gas circostante, innescando un’intensa formazione stellare. Questo processo, noto come “feedback positivo”, è continuato per un certo periodo, fino a quando ha cominciato a invertirsi.
Infatti, 12.5 miliardi di anni fa (o a un redshift di circa 5), l’energia dei buchi neri ha iniziato a spingere il gas fuori dalle galassie anziché comprimerlo, portando a un “feedback negativo” in cui la formazione stellare comincio` a rallentare.
Un problema, tre soluzioni
Questa nuova visione, derivante da una recente ricerca guidata da Joseph Silk (Università Sorbona, Parigi) e collaboratori, mette in discussione l’idea che le galassie fossero completamente formate prima di ospitare buchi neri al loro centro. Nel complesso, i risultati suggeriscono che questi enormi oggetti abbiano giocato un ruolo cruciale nel plasmare le prime galassie. Ma come, questi buchi neri antichi e massicci, si sarebbero formati a loro volta? Vi sono principalmente tre possibilita`:
- Buchi neri di massa iniziale relativamente molto elevata si sarebbero potuti formare dal collasso di stelle supermassicce di popolazione III (ovvero la prima generazione stellare);
- Un’altra ipotesi è che una popolazione di questi oggetti primordiali sia emersa già durante le prime epoche cosmiche. Questi buchi neri potrebbero rappresentare una piccola frazione della materia oscura (circa lo 0,01%) e avrebbero acquisito massa per accrescimento di gas dando origine a buchi neri molto massicci in tempi brevi;
- Infine, la terza soluzione considera la formazione di buchi neri attraverso il collasso diretto di enormi nubi di gas nell’Universo primordiale. La massa di tali nubi sarebbe collassata verso il centro a un ritmo in molti casi troppo alto da poter essere controbilanciato dalle reazioni nucleari che, in condizioni piu` “normali”, determinerebbero la fine del collasso e la nascita di nuove stelle. Quando poi la temperatura centrale raggiunse i 500 milioni di gradi, l’emissione di neutrini avrebbe ridotto ulteriormente la pressione del gas opposta all’accrescimento di materia, determinando cosi` il collasso finale in un buco nero.
Fonti:
- Silk et al.; The Astrophysical Journal Letters, Volume 961, Issue 2, id.L39, 8 pp. (2024), link
