Tra le numerose galassie che si trovano in giro per l’universo, recentemente ne è stata scoperta una molto particolare. L’hanno chiamata galassia Infinito (∞ galaxy) per via della sua forma. La sua immagine, che vedete qui sotto, non è molto nitida ma rende lo stesso bene l’idea. In realtà si tratta di due galassie entrate in collisione che, interagendo, hanno formato una struttura che ricorda il simbolo dell’infinito. Al centro dell’infinito, incastonato in una nube di gas, inaspettatamente risiede un buco nero supermassiccio. La scoperta è descritta in uno studio che sarà presto pubblicato su The Astrophysical Journal Letters.
La galassia Infinito, osservata con il telescopio spaziale James Webb. È il risultato di una collisione cosmica tra due galassie. La posizione del possibile buco nero neonato è mostrata al centro, insieme agli altri due buchi neri già presenti prima della collisione. Crediti: Nasa, P. van Dokkum, G. Brammer
Secondo gli autori, questo risultato è interessante per tre motivi: suggerisce un nuovo modo in cui possono formarsi buchi neri supermassicci, fornisce una possibile spiegazione dell’esistenza di buchi neri massicci nell’universo primordiale (che a quell’epoca, in teoria, non avrebbero dovuto avere il tempo di formarsi) e potrebbe essere la prima prova diretta dell’esistenza di un buco nero supermassiccio appena nato.
Pieter van Dokkum di Yale e Gabriel Brammer dell’Università di Copenaghen hanno fatto la scoperta studiando le immagini della survey Cosmos-Web, un programma del Cycle 1 del Jwst della Nasa. Successivamente alla scoperta, hanno fatto osservazioni di follow-up dei dati di Webb. Inoltre, hanno utilizzato i dati del W.M. Keck Observatory per lo studio e i dati d’archivio del Very Large Array del National Radio Astronomy Observatory e del Chandra X-ray Observatory.
Trovare un buco nero così lontano dal nucleo di una galassia massiccia è di per sé insolito. Scoprire che il buco nero è giovanissimo, probabilmente appena formato, è senza precedenti. «Pensiamo di stare assistendo alla nascita di un buco nero supermassiccio, qualcosa di mai visto prima», dice van Dokkum.
La scoperta ha delle implicazioni anche per il dibattito che attualmente sta imperversando sulla formazione dei buchi neri nell’universo primordiale. Una teoria – la teoria dei “semi leggeri” – sostiene che i buchi neri più piccoli – quelli stellari – si formino dal collasso dei nuclei di stelle massicce. Alla fine, questi buchi neri, assimilabili a semi leggeri, si sono fusi in buchi neri supermassicci. La teoria, tuttavia, richiede un tempo straordinariamente lungo per portare alla formazione dei buchi neri supermassicci e ciò non torna con le evidenze riscontrate dal telescopio Webb, che ha già identificato buchi neri supermassicci nell’universo primordiale, troppo presto per essere spiegati dalla teoria dei semi leggeri».
Rimane allora la teoria dei “semi pesanti”, sostenuta dall’astrofisica Priyamvada Natarajan, co-autrice dello studio. Questa teoria suggerisce che buchi neri molto più grandi possano formarsi dal collasso di grandi nubi di gas. La sua maggiore criticità è che le nubi di gas collassate di solito vanno a formare stelle.
La galassia Infinito, tuttavia, potrebbe mostrare il modo in cui condizioni estreme – comprese quelle dell’universo primordiale suggerite dalla teoria dei “semi pesanti” – possano portare alla creazione di un buco nero. «In questo caso, due galassie a disco si sono scontrate formando le strutture ad anello che vediamo», spiega van Dokkum. «Durante la collisione, il gas all’interno di queste due galassie ha subito l’effetto di un’onda d’urto e si è compresso. Questa compressione potrebbe essere stata sufficiente a formare un denso nodo, che poi è collassato in un buco nero. Sebbene tali collisioni siano eventi rari, si ritiene che densità di gas altrettanto estreme fossero piuttosto comuni nelle epoche cosmiche primordiali, quando le galassie iniziarono a formarsi».
Interazioni di questo tipo tra galassie potrebbero quindi portare alla formazione di buchi neri supermassicci, soprattutto nelle prime epoche dell’universo quando la densità era molto più alta. Come sottolineato dagli autori, saranno necessarie ulteriori indagini per confermare i risultati e le loro implicazioni sulla formazione dei buchi neri.
Per saperne di più:
- Leggi su arXiv il pre-print dell’articolo in uscita su The Astrophysical Journal Letters “The Infinity Galaxy: a Candidate Direct-Collapse Supermassive Black Hole Between Two Massive, Ringed Nuclei” di Pieter van Dokkum, Gabriel Brammer, Josephine F. W. Baggen, Michael A. Keim, Priyamvada Natarajan, Imad Pasha