Il buco nero che alimenta questo quasar ha una massa di 1,5 miliardi di soli e si trova a 13,02 miliardi di anni luce di distanza. La scoperta mette in discussione i modelli cosmologici agli albori dell’universo

Gli astronomi hanno scoperto il quasar più massiccio conosciuto nell’universo primordiale, contenente un buco nero monster con una massa equivalente a 1,5 miliardi di soli. Formalmente designato come J1007 + 2115, il quasar appena scoperto è uno dei soli due noti dello stesso periodo cosmologico. I quasar sono gli oggetti più energici nell’universo e, sin dalla loro scoperta, gli astronomi hanno voluto determinare quando sono apparsi per la prima volta nella nostra dell’universo. Al quasar è stato dato il nome hawaiano Pōniuāʻena, che significa “sorgente di filatura invisibile della creazione, circondata da splendore

Secondo la teoria attuale, i quasar sono alimentati da buchi neri supermassicci. Man mano che i buchi neri divorano la materia circostante come polvere, gas o stelle, emettono enormi quantità di energia, dando luogo a luminosità note per eclissare la luce di intere galassie. 

Quasar Pōniuāʻena
Rappresentazione artistica del quasar Pōniuāʻena, il primo quasar a ricevere un nome hawaiano indigeno. Credit: International Gemini Observatory / NOIRLab / NSF / AURA / P. Marenfeld

Pōniuāʻena

Il buco nero supermassiccio che alimenta Pōniuāʻena rende questo quasar l’oggetto più distante, e quindi il più antico, conosciuto nell’universo per ospitare un buco nero che supera 1 miliardo di masse solari. Secondo un nuovo studio che documenta la scoperta del quasar, la luce di Pōniuāʻena ha impiegato 13,02 miliardi di anni per raggiungere la Terra, iniziando il suo viaggio appena 700 milioni di anni dopo il Big Bang. 

È il primo mostro di questo tipo che conosciamo“, ha detto Jinyi Yang , un ricercatore post-dottorato presso lo Steward Observatory dell’Università dell’Arizona e autore principale dello studio, che sarà pubblicato su The Astrophysical Journal Letters. “Il tempo era troppo breve per passare da un piccolo buco nero alle dimensioni enormi che vediamo.”

Gli attuali modelli cosmologici

La domanda su come un tale enorme buco nero potesse formarsi quando l’universo era ancora ai suoi albori ha tormentato gli astronomi e i cosmologi per lungo tempo, ha detto il coautore Xiaohui Fan , professore di reggenti e capo associato del Dipartimento di Astronomia dell’Arizona.

Questa scoperta rappresenta la più grande sfida per la teoria della formazione e della crescita dei buchi neri nell’universo primordiale“, ha detto Fan

L’idea che un buco nero delle proporzioni di Pōniuāʻenas potrebbe essersi evoluto a partire da un buco nero molto più piccolo “formato dal crollo” di una singola stella in così poco tempo dal Big Bang, è quasi impossibile secondo gli attuali modelli cosmologici. Invece, gli autori dello studio suggeriscono che il quasar avrebbe dovuto iniziare come un buco nero “seme” che già conteneva la massa equivalente di 10.000 soli già 100 milioni di anni dopo il Big Bang.

Le osservazioni fatte con l’Osservatorio sui Gemini North hanno determinato la massa del buco nero supermassiccio che alimenta il lontano quasar. 
Credit: International Gemini Observatory

Uno sguardo indietro verso un giovane universo

Pōniuāʻena è stato scoperto attraverso una ricerca sistematica dei quasar più distanti. Il team ha scoperto un possibile quasar nei dati e, nel 2019, lo ha osservato con telescopi tra cui il Gemini North e il WM Keck, entrambi sul Maunakea. Il telescopio Magellano all’Osservatorio di Las Campanas in Cile ha confermato l’esistenza di Pōniuāʻena. 

Le osservazioni sono state fondamentali per ottenere gli spettri nel vicino infrarosso di alta qualità che ci hanno fornito la misurazione della massa sorprendente del buco nero“, ha detto il co-autore  Feige Wang.

La scoperta di un quasar dall’alba del cosmo offre ai ricercatori uno sguardo in un tempo in cui l’universo era ancora giovane e molto diverso da quello che vediamo oggi. La teoria attuale suggerisce che all’inizio dell’universo, dopo il Big Bang, gli atomi erano troppo distanti tra loro per interagire e formare stelle e galassie. La loro nascita è avvenuta durante l’epoca della reionizzazione, circa 400 milioni di anni dopo il Big Bang.

All’indomani del Big Bang, l’universo era molto freddo, perché non c’erano ancora stelle; nessuna luce“, ha detto Fan. “Ci sono voluti dai 300 ai 400 milioni di anni prima della comparsa delle prime stelle e delle prime galassie“.

Sotto l’influenza del riscaldamento, le molecole di idrogeno sono state spogliate di elettroni in un processo noto come ionizzazione. Questo è durato solo poche centinaia di milioni di anni , un battito di ciglia nella vita dell’universo, ed è oggetto di ricerche in corso.

Quasar
Rappresentazione artistica della formazione del quasar Pōniuā’ena che inizia con un buco nero 100 milioni di anni dopo il Big Bang (a sinistra), per poi crescere fino a un miliardo di massa solare, 700 milioni di anni dopo il Big Bang (a destra).
Credit: International Gemini Observatory / NOIRLab / NSF / AURA / P. Marenfeld)

Un passo verso una nuova comprensione

La scoperta di quasar come Pōniuāʻena, nell’epoca della reionizzazione, è un grande passo verso la comprensione del processo suddetto e della formazione dei primi buchi neri supermassicci e delle enormi galassie. Pōniuāʻena ha posto nuovi e importanti vincoli sull’evoluzione della materia tra galassie, noto come mezzo intergalattico, durante l’epoca della reionizzazione.

Questo quasar sembra essere stato rilevato proprio nel mezzo di quel periodo“, ha detto Fan, “e il fatto che possiamo osservare questi oggetti ci aiuta a perfezionare ciò che è accaduto durante quel periodo.”

Nel 2018, è stato scoperto il quasar più distante. Designato come J1342 + 0928, quest’oggetto è 2 milioni di anni più vecchio di Pōniuāʻena, una differenza piuttosto insignificante per gli standard cosmici. “La differenza di 2 milioni di anni luce su 13 miliardi lo rende abbastanza vicino a un pareggio“, conclude Fan.

Riferimenti:

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