Webb svela i segreti di GN-z11, una delle galassie più lontane mai viste

Mantenendo la sua promessa di trasformare la nostra comprensione dell’Universo primordiale, il telescopio spaziale James Webb di NASA/ESA/CSA sta sondando le galassie all’alba dei tempi. Osservando in profondità lo spazio e il tempo, due team che utilizzano Webb hanno studiato la galassia eccezionalmente luminosa GN-z11, che esisteva quando il nostro Universo di 13,8 miliardi di anni aveva solo circa 430 milioni di anni. Rilevata inizialmente con il telescopio spaziale Hubble di NASA/ESA, è una delle galassie più giovani e distanti mai osservate, ed è anche una delle più enigmatiche. Perché è così luminosa? Webb sembra aver trovato la risposta.

Un buco nero supermassiccio al centro di GN-z11

Un team che studia GN-z11 con il telescopio James Webb ha trovato la prima prova chiara che la galassia ospita un buco nero centrale supermassiccio che sta rapidamente accumulando materia. La loro scoperta rende questo il buco nero supermassiccio attivo più distante avvistato fino ad oggi.

“Abbiamo trovato un gas estremamente denso, comune nelle vicinanze dei buchi neri supermassicci che accumulano gas”, ha spiegato il ricercatore principale Roberto Maiolino del Cavendish Laboratory e del Kavli Institute of Cosmology dell’Università di Cambridge, nel Regno Unito. “Queste sono state le prime indicazioni chiare che GN-z11 ospita un buco nero che sta divorando materia”.

Usando Webb, il team ha anche trovato indicazioni di elementi chimici ionizzati tipicamente osservati vicino ai buchi neri supermassicci in accrescimento. Inoltre, hanno scoperto che la galassia sta espellendo un vento molto potente. Tali venti ad alta velocità sono tipicamente guidati da processi associati al vigoroso accrescimento dei buchi neri supermassicci.

“La NIRCam (Near-Infrared Camera) di Webb ha rivelato una componente estesa, che traccia la galassia ospite, e una sorgente centrale e compatta i cui colori sono coerenti con quelli di un disco di accrescimento che circonda un buco nero”, ha detto la ricercatrice Hannah Übler, del Laboratorio Cavendish e dell’Istituto Kavli.

Insieme, queste prove dimostrano che GN-z11 ospita un buco nero supermassiccio da due milioni di masse solari in una fase molto attiva di consumo di materia, motivo per cui è così luminosa.

Il secondo studio

Un secondo team, guidato sempre da Maiolino, ha utilizzato il NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) di Webb per trovare un ammasso di gas di elio nell’alone che circonda GN-z11. “Il fatto che non vediamo nient’altro oltre all’elio suggerisce che questo ammasso deve essere abbastanza incontaminato“, ha detto Maiolino. “Questo è qualcosa che ci si aspettava dalla teoria e dalle simulazioni in prossimità di galassie particolarmente massicce di queste epoche, ossia che dovrebbero esserci sacche di gas incontaminato sopravvissute nell’alone, e che queste potrebbero collassare e formare ammassi stellari di Popolazione III”.

L’importanza delle stelle di Popolazione III

Trovare le stelle finora invisibili della Popolazione III – la prima generazione di stelle formate quasi interamente da idrogeno ed elio – è uno degli obiettivi più importanti dell’astrofisica moderna. Si prevede che queste stelle siano molto massicce, molto luminose e molto calde. La loro firma sarebbe la presenza di elio ionizzato e l’assenza di elementi chimici più pesanti dell’elio.

La formazione delle prime stelle e galassie segna un cambiamento fondamentale nella storia cosmica, durante il quale l’Universo si è evoluto da uno stato oscuro e relativamente semplice all’ambiente altamente strutturato e complesso che vediamo oggi.

Nelle future osservazioni di Webb, Maiolino, Übler e il loro team esploreranno la galassia GN-z11 in modo più approfondito e sperano di rafforzare la tesi a favore delle stelle di Popolazione III che potrebbero formarsi nel suo alone.

La ricerca sull’ammasso di gas incontaminato nell’alone di GN-z11 è stata accettata per la pubblicazione sulla rivista Astronomy & Astrophysics. I risultati dello studio del buco nero di GN-z11 sono stati pubblicati sulla rivista Nature il 17 gennaio 2024.