DAL QUASAR PIU' LONTANO CHE SI CONOSCA

Raggi X dal giovane Universo

Un buco nero supermassiccio di ben due miliardi di masse solari alimentava già 750 milioni di anni dopo il Big Bang il quasar ULAS J1120. Lo studio della sua radiazione X, pubblicato in un articolo a guida INAF su Astronomy&Astrophysics, rivela inaspettatamente numerose somiglianze con oggetti simili, osservati però quando l'Universo era più 'maturo'.

Il quasar ULAS J1120+0641 ripreso nella luce visibile (a sinistra) e nei raggi X dal telescopio spaziale XMM Newton (a destra). Crediti: Sloan Digital Sky Survey (immagine nel visibile), ESA (immagine nei raggi X)

Il quasar ULAS J1120+0641 ripreso nella luce visibile (a sinistra) e nei raggi X dal telescopio spaziale XMM Newton (a destra). Crediti: Sloan Digital Sky Survey (immagine nel visibile), ESA (immagine nei raggi X)

ULAS J1120+0641 è il quasar più lontano che si conosca, e quindi messaggero dello stato dell’Universo quando lo stesso aveva solo il 5% della sua età attuale. Scoperto nel 2011 grazie alla sua emissione nella banda della radiazione  ultravioletta, è stato successivamente studiato a diverse lunghezze d’onda. Ora finalmente, in due articoli indipendenti su Astronomy&Astrophysics e Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, viene pubblicato lo spettro di questa sorgente anche nella banda di energia X, l’ultimo pezzetto del puzzle che ricostruisce completamente le proprietà della sua emissione elettromagnetica.

Per ottenere questa misura è stata necessaria un’osservazione molto profonda (300 mila secondi, ovvero più di ottanta ore) con il satellite XMM-Newton dell’ESA, lo strumento più potente che abbiamo a disposizione oggi per questo tipo di studi. I 150 fotoni accumulati (circa 40 al giorno) hanno dovuto compiere un viaggio di ben 13 miliardi di anni prima di potere essere registrati e catalogati da XMM-Newton!

Sebbene l’emissione in banda X rappresenti solo una piccola percentuale dell’energia elettromagnetica totale emessa per sorgenti come ULAS J1120+0641, è comunque fondamentale per indagare le proprietà del buco nero stesso, responsabile della sua enorme luminosità’ totale (sessantamila miliardi di volte la luminosità’ del nostro Sole).

Sorprendentemente, quello che si osserva, è che ULAS J1120+0641 è del tutto indistinguibile dagli oggetti che si possono osservare ad epoche molto più recenti. Ciò non è di poco interesse, anzi. Il fatto stesso che esista un buco nero avente una massa come quella stimata per ULAS J1120+0641 (circa 2 miliardi di volte la massa del Sole) a soli 750 milioni di anni dal Big Bang e che non sia così straordinario nelle sue proprietà, è un’informazione fondamentale per chi studia i modelli teorici di formazione dei buchi neri supermassivi e della loro co-evoluzione con le galassie che li ospitano. Questi dati permettono di porre dei fortissimi vincoli ai modelli stessi: come si possa accumulare la massa che possiede il buco nero al centro di ULAS J1120+0641 in così poco tempo è al momento ignoto.

“ULAS J1120+0641 è il classico elefante rosa, ovvero un oggetto molto molto raro” dice Alberto Moretti, dell’INAF-Osservatorio Astronomico di Brera, primo autore dell’articolo appena pubblicato on line su Astronomy&Astrophysics. “Ci si aspetta che di sorgenti di questo tipo, a quella distanza, ne esistano solo qualche decina in tutto il cielo osservabile. Si pensa che la maggior parte dei buchi neri, ad epoche così primordiali, siano più piccoli e nascosti da nubi di polvere e gas, in modo tale da renderci molto difficile la loro osservazione. Solo con il prossimo grande telescopio spaziale per raggi X dell’ESA, il cui progetto muove oggi i suoi primi passi (sarà attivo nel 2028) potremo avere un’idea più dettagliata delle proprietà’ della materia in prossimità’ del buco nero centrale per oggetti simili a ULAS J1120+0641 e quindi avere una precisa stime del tasso con cui la materia accresce nel buco nero centrale”.

Per saperne di più:

  • l’articolo X-ray observation of ULAS J1120+0641, the most distant quasar at z = 7.08 di A. Moretti, L. Ballo, V. Braito, A. Caccianiga, R. Della Ceca, R. Gilli, R. Salvaterra, P. Severgnini e C. Vignali pubblicato on line sulla rivista Astronomy&Astrophysics