ASTRONOMI INAF TRA GLI AUTORI DELLO STUDIO

Gli antenati di tutti i buchi neri

Un gruppo di astronomi italiani ha utilizzato i dati di Chandra, Hubble e Spitzer per identificare i “semi” dei primi buchi neri supermassicci formati nell’Universo

Rappresentazione artistica di un "seme" di buco nero. Credit: NASA, ESA, CXC

Rappresentazione artistica di un “seme” di buco nero. Credit: NASA, ESA, CXC

Esiste una vecchia generazione di buchi neri, quella appartenente ai più antichi oggetti celesti del cielo, che ha preso vita subito dopo il Big Bang. Come? A questa domanda gli scienziati non erano ancora riusciti a dare risposta; fino a oggi. Ora un gruppo di astronomi italiani ha fornito la prima prova di quelli che potrebbero essere definiti i “semi” dei buchi neri più vecchi dell’Universo.

Ricercatori della Scuola Normale di Pisa, dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF)e dello Science Data Center dell’Agenzia Spaziale Italiana (ASDC-ASI), hanno infatti individuato due buchi neri supermassicci che hanno tutte le caratteristiche per essere gli antenati di qualunque altro black hole formato successivamente nello spazio. Sarebbero, insomma, i primi mostri cosmici nati nell’Universo bambino che secondo gli astronomi si distinguono in primo luogo per il colore.

Il team italiano ha elaborato un nuovo modello informatico a partire dai dati dell’Osservatorio della NASA Chandra, del Telescopio spaziale NASA/ESA Hubble e del NASA Spitzer Space Telescope per scovare e analizzare i due buchi neri, che esistevano meno di un miliardo di anni dopo il Big Bang. Pochissimo, in termini astronomici; e stando alle teorie comunemente accettate della formazione dei buchi neri, tecnicamente non avrebbero avuto il tempo di nascere. Invece stavano lì, nell’Universo primordiale, con una massa di circa 100.000 volte le dimensioni del nostro Sole.

Ecco il secondo fatto sorprendente: non solo questi buchi neri si sono formati in tempi brevissimi, ma sono per così dire nati già grandi. Questo esclude che abbiano avuto origine dal collasso di una stella, come si pensava in precedenza. Infatti qualunque stella, per quanto massiccia, non avrebbe materiale sufficiente per dar vita a buchi neri così mastodontici come quelli osservati dal gruppo di ricercatori.

Ma allora da dove sbucano questi antenati dei buchi neri? La risposta arriva proprio dal nuovo modello elaborato a partire dai dati di Chandra, Hubble e Spitzer.

«Se confermata, la nostra scoperta spiegherebbe come sono nati questi buchi neri mostro» afferma Fabio Pacucci della Normale di Pisa e prima firma dello studio che apparirà su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. La risposta è relativamente semplice, ma potrebbe rivoluzionare la nostra conoscenza dell’evoluzione dei buchi neri: i due antenati supermassicci si sarebbero formati per “collasso diretto” del gas primordiale.

Una immensa nube di materia intergalattica, quella sprigionata dall’esplosione del Big Bang, comincia a cadere su se stessa senza mai fermarsi, generando un buco nero delle dimensioni di centinaia di migliaia di masse solari. Ecco lo scenario ipotizzato da Pacucci e colleghi, che spiegherebbe dunque perché questi antichi buchi neri sono nati già così grossi. Questa soluzione, che mette in accordo i dati sperimentali e il nuovo modello teorico sviluppato dagli scienziati, fornirebbe così una soluzione elegante al problema del tempo di crescita dei baby buchi neri mostruosi: nascendo così massicci, un miliardo di anni sarebbe più che sufficiente per raggiungere le dimensioni oggi osservate.

E spingendo un po’ oltre l’immaginazione, possiamo dire di aver corso un grande rischio: se questo processo che ha dato origine ai primi buchi neri fosse continuato appena un po’ più a lungo, forse non vi sarebbero state stelle né pianeti. L’Universo sarebbe diventato un enorme buco nero, che avrebbe inglobato tutta la materia primordiale prodotta per poi collassare su se stesso. Senza mai dare origine alla vita.

«Certamente in questo campo siamo solo agli inizi. Nei prossimi anni avremo a disposizione strumentazione che ci permetterà di cercare questi buchi neri a collasso diretto (Direct Collapse Black Hole, DCBH) in maniera più efficiente», dice Fabrizio Fiore dell’INAF di Roma, fra i coautori dello studio. «Sicuramente un breakthrough lo avremo con le osservazioni di JWST prima della fine di questo decennio. JWST permetterà di cercare “candidati” DCBH nel vicino infrarosso con una sensibilità tra dieci e cento volte migliore di quello che si può fare attualmente. Più avanti, con il lancio di Athena nel 2028 avremo la possibilità di osservare la radiazione X emessa da questi rari ed elusivi oggetti, e quindi di “confermare” la loro natura di buchi neri in accrescimento, grazie alla possibilità di effettuare survey profonde del cielo X con una efficienza di nuovo 10-100 volte migliore di quella disponibile oggi con Chandra e XMM».

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