Gli astronomi hanno lottato per comprendere l’emergere di buchi neri supermassicci nell’Universo primordiale da quando questi oggetti sono stati scoperti a distanze corrispondenti a un tempo di soli 750 milioni di anni dopo il Big Bang. Buchi neri in rapida crescita nelle prime galassie polverose di formazione stellare sono previsti da teorie e simulazioni al computer, ma fino ad ora non erano stati osservati. Ora gli astronomi hanno riportato la scoperta di un oggetto – chiamato GNz7q – che si ritiene sia il primo buco nero in rapida crescita trovato nell’Universo primordiale. I dati d’archivio di Hubble dall’Advanced Camera for Surveys hanno aiutato il team a studiare l’emissione ultravioletta compatta dal disco di accrescimento del buco nero e a determinare che GNz7q esisteva solo 750 milioni di anni dopo il Big Bang.
“La nostra analisi suggerisce che GNz7q è il primo esempio di buco nero in rapida crescita nel nucleo polveroso di una galassia starburst in un’epoca vicina al primo buco nero supermassiccio conosciuto nell’Universo“, spiega Seiji Fujimoto, astronomo del Niels Bohr Institute dell’Università di Copenaghen e autore principale dell’articolo che descrive questa scoperta. “Le proprietà dell’oggetto attraverso lo spettro elettromagnetico sono in ottimo accordo con le previsioni delle simulazioni teoriche”.
Le attuali teorie prevedono che i buchi neri supermassicci inizino la loro vita nei nuclei avvolti dalla polvere di galassie “starburst” che formano vigorosamente stelle prima di espellere il gas e la polvere circostanti ed emergere come quasar estremamente luminosi. Sebbene siano estremamente rari, nell’Universo primordiale sono stati rilevati esempi sia di galassie starburst polverose che di quasar luminosi. Il team ritiene che GNz7q potrebbe essere l'”anello mancante” tra queste due classi di oggetti.
“GNz7q fornisce una connessione diretta tra queste due rare popolazioni e offre una nuova strada verso la comprensione della rapida crescita dei buchi neri supermassicci nei primi giorni dell’Universo“, ha continuato Fujimoto. “La nostra scoperta è un precursore dei buchi neri supermassicci che osserviamo in epoche successive”.
Anche se altre interpretazioni dei dati del team non possono essere completamente escluse, le proprietà osservate di GNz7q sono in forte accordo con le previsioni teoriche. La galassia ospite di GNz7q sta formando stelle al ritmo di 1600 masse solari di stelle all’anno e lo stesso GNz7q appare luminoso alle lunghezze d’onda dell’ultravioletto ma molto debole alle lunghezze d’onda dei raggi X. Il team ha interpretato questo – insieme alla luminosità della galassia ospite alle lunghezze d’onda infrarosse – per suggerire che GNz7q ospita un buco nero in rapida crescita ancora oscurato dal nucleo polveroso del suo disco di accrescimento al centro della galassia ospite di formazione stellare.
Oltre all’importanza di GNz7q per la comprensione delle origini dei buchi neri supermassicci, questa scoperta è degna di nota per la sua posizione nell’Hubble GOODS North field, una delle aree del cielo notturno più esaminate.
“GNz7q è una scoperta unica che è stata trovata proprio al centro di un famoso e ben studiato campo celeste, dimostrando che spesso grandi scoperte possono nascondersi proprio di fronte a noi“, ha commentato Gabriel Brammer, un altro astronomo del Niels Bohr Institute of l’Università di Copenaghen e un membro del team della scoperta. “È improbabile che la scoperta di GNz7q all’interno dell’area di indagine GOODS-N relativamente piccola sia stata solo ‘stupida fortuna’, piuttosto la prevalenza di tali fonti potrebbe in effetti essere significativamente più alta di quanto si pensasse in precedenza”.
Trovare GNz7q è stato possibile solo grazie ai set di dati a più lunghezze d’onda dettagliati disponibili per GOODS-North. Senza questa ricchezza di dati, sarebbe stato facile lasciarsi sfuggire GNz7q, poiché manca delle caratteristiche distintive solitamente utilizzate per identificare i quasar nell’Universo primordiale. Il team ora spera di cercare sistematicamente oggetti simili utilizzando rilevamenti dedicati ad alta risoluzione e di sfruttare gli strumenti spettroscopici del telescopio spaziale James Webb di NASA/ESA/CSA per studiare oggetti come GNz7q con dettagli senza precedenti.
“La caratterizzazione completa di questi oggetti e l’analisi della loro evoluzione e della fisica sottostante in modo molto più dettagliato diventerà possibile con il telescopio spaziale James Webb. Quando sarà in regolare funzionamento, Webb avrà il potere di determinare in modo decisivo quanto siano veramente comuni questi buchi neri in rapida crescita“, ha concluso Fujimoto.
