I quasar, tra gli oggetti più energetici dell’universo, sono buchi neri supermassicci che si trovano al centro delle galassie e divorano la materia circostante a ritmi frenetici. L’attività produce un’intensa emissione su tutto lo spettro elettromagnetico, rendendo questi nuclei galattici tanto brillanti quanto le stesse galassie che li ospitano. Grazie alla loro elevata luminosità, si possono osservare anche a enormi distanze da noi, corrispondenti alle fasi più antiche della storia dell’universo, che oggi ha un’età pari a 13,8 miliardi di anni. Eppure catturare i quasar più lontani, quelli che permettono di tracciare i processi di formazione ed evoluzione delle galassie nel cosmo primordiale, è una sfida piuttosto ardua.
Illustrazione artistica di un quasar: un nucleo galattico in cui il buco nero centrale attira a sé materia a ritmi sostenuti attraverso un disco di accrescimento, e rilascia parte di questa materia attraverso getti di particelle a velocità relativistiche. Crediti: Esa
Un nuovo studio, basato su un anno e mezzo di dati raccolti dalla missione Euclid dell’Agenzia spaziale europea (Esa), ha rivelato 31 nuovi quasar risalenti ai primi 800 milioni di anni di vita dell’universo, superando per ben due volte il record del quasar più distante. Il campione contiene infatti due quasar osservati com’erano quando l’universo aveva rispettivamente 670 e 680 milioni di anni, battendo il record attuale (un quasar scoperto nel 2021) di circa 15 milioni di anni. I risultati del lavoro, guidato da Daming Yang dell’Università di Leiden, nei Paesi Bassi, sono pubblicati sulla rivista Astronomy & Astrophysics.
«Fino a oggi avevamo visto solo la punta dell’iceberg, ovvero i quasar più luminosi; Euclid ci permetterà di andare ben oltre, esplorando la popolazione di buchi neri supermassicci in un’epoca in cui l’universo aveva meno di 800 milioni di anni», spiega la co-autrice dell’articolo Silvia Belladitta, ricercatrice al Max Planck Institute for Astronomy di Heidelberg, Germania, e associata all’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf). «Scoprirli è già straordinario, ma la vera sfida, e la vera ricompensa scientifica, sta nella loro caratterizzazione: che massa hanno questi buchi neri? Come si comporta il gas che orbita attorno a loro? Quali sono le proprietà delle galassie che li ospitano? Solo rispondendo a queste domande potremo iniziare a ricostruire la storia evolutiva di questi “mostri cosmici” e capire come siano riusciti a diventare così massicci e luminosi in tempi così brevi».
La survey condotta da Euclid combina le osservazioni su un’area di cielo molto estesa con la disponibilità di vari filtri nell’infrarosso (la porzione dello spettro in cui slitta la luce dei quasar più distanti a causa dell’espansione cosmica) e una profondità di osservazione tale da consentire queste scoperte. Il risultato è stato possibile anche grazie a una forte cooperazione internazionale, che ha radunato i migliori gruppi di “cacciatori di quasar” al mondo, condividendo sia le strategie di selezione sia il tempo osservativo ai più grandi telescopi terrestri – tra cui il Large Binocular Telescope (Lbt) gestito in Arizona da Italia, Germania e Stati Uniti, e gli statunitensi Keck e Magellan, rispettivamente alle Hawai’i e in Cile – per confermare spettroscopicamente la natura di queste sorgenti in modo rapido ed efficiente. In particolare, Belladitta ha guidato la maggior parte delle campagne osservative con Lbt, ottenendo personalmente lo spettro del quasar da record.
Quindici dei 31 quasar scoperti da Euclid, visibili come un puntino al centro di ogni immagine. I due quasar più remoti sono in alto a sinistra (con il nome in rosso). Crediti: Esa/Euclid/Euclid Consortium/Nasa, image processing by the Euclid Science Ground Segment and Antoine Basset (Cnes)
«Si tratta di risultati straordinari per una missione così giovane, ma soprattutto rappresentano solo l’inizio: nei prossimi cinque anni, Euclid ci permetterà finalmente di mappare in modo sistematico la popolazione di buchi neri supermassicci nell’universo più giovane, aprendo una finestra del tutto nuova su questa fase cruciale della storia cosmica», commenta il co-autore Roberto Decarli, ricercatore Inaf a Bologna, impegnato nel gruppo di lavoro Euclid dedicato ai quasar ad alto redshift.
I quasar rappresentano una breve fase nella vita di una galassia. Quelli più lontani permettono di studiare un periodo molto importante nella storia dell’universo: l’epoca della reionizzazione, quando le prime stelle e galassie, formatesi alcune centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang, iniziarono a inondare la materia intergalattica di radiazione trasformandola, dallo stato neutro, a quello ionizzato, come era nel cosmo primordiale. Il secondo quasar più antico tra quelli scoperti da Euclid è stato oggetto di un altro studio, guidato da Belladitta e Decarli, in corso di pubblicazione su Astronomy & Astrophysics. Grazie a osservazioni realizzate in banda sub-millimetrica con il radiotelescopio Noema sulle Alpi francesi, è stato possibile svelare l’ambiente ricco di gas e polvere della galassia che ospita questo quasar, all’interno della quale è in corso un’intensa attività di formazione stellare.
Il satellite Euclid, lanciato nel 2023, sta scansionando un terzo del cielo per misurare le proprietà di miliardi di galassie, dalle quali estrarre informazioni sull’espansione dell’universo e le sue misteriose componenti: la materia oscura e l’energia oscura. Nel realizzare questo censimento cosmico, che durerà almeno sei anni, la missione scoprirà anche centinaia di quasar nell’universo primordiale, identificando sorgenti da dieci a cento volte più deboli rispetto alle survey attuali. La comunità scientifica prevede che Euclid potrà spingersi a distanze ancora più elevate e dunque epoche ancora più remote rispetto a quelle coperte da questo primo anno di dati, indagando le proprietà dei quasar e delle loro galassie ospiti quando il cosmo aveva meno di 650 milioni di anni.
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Per saperne di più:
- Leggi su Astronomy & Astrophysics l’articolo “Euclid: Discovery of 31 new quasars at 6.6 < z < 7.8”, di D. Yang, J. F. Hennawi, F. Guarneri, J. Wolf, S. Belladitta, et al.
- Leggi su Astronomy & Astrophysics l’articolo “Euclid: A UV-faint quasar in a highly luminous star-forming host galaxy at z ≈ 7.7” di S. Belladitta, R. Decarli, et al.