Utilizzando i primi dati del Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), un team di scienziati ha compilato il più grande campione mai esistito di galassie nane che ospitano un buco nero che si alimenta attivamente, nonché la più ampia raccolta di candidati buchi neri di massa intermedia fino ad oggi. Questo duplice risultato non solo amplia la comprensione degli scienziati della popolazione di buchi neri nell’Universo, ma prepara anche il terreno per ulteriori esplorazioni riguardanti la formazione dei primi buchi neri a formarsi nell’Universo e il loro ruolo nell’evoluzione delle galassie.
DESI è uno strumento all’avanguardia in grado di catturare la luce di 5000 galassie contemporaneamente. È stato costruito e viene gestito con finanziamenti dell’Office of Science del Department of Energy (DOE). DESI è montato sul telescopio da 4 metri Nicholas U. Mayall della US National Science Foundation (NSF) presso l’NSF Kitt Peak National Observatory , un programma di NSF NOIRLab. Il programma è ora al suo quarto di cinque anni di indagine del cielo ed è destinato a osservare circa 40 milioni di galassie e quasar entro la fine del progetto. Il progetto DESI è una collaborazione internazionale di oltre 900 ricercatori provenienti da oltre 70 istituzioni in tutto il mondo ed è gestito dal Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell’Energia.
I dettagli
Con i primi dati di DESI, che includono la convalida del sondaggio e il 20% del primo anno di operazioni, il team, guidato dal ricercatore post-dottorato dell’Università dello Utah Ragadeepika Pucha, è stato in grado di ottenere un set di dati senza precedenti che include gli spettri di 410.000 galassie , tra cui circa 115.000 galassie nane, piccole galassie diffuse contenenti da migliaia a diversi miliardi di stelle e pochissimo gas. Questo set esteso consentirebbe a Pucha e al suo team di esplorare la complessa interazione tra l’evoluzione del buco nero e l’evoluzione della galassia nana.
Mentre gli astrofisici sono abbastanza convinti che tutte le galassie massicce, come la nostra Via Lattea, ospitino buchi neri al loro centro, il quadro diventa poco chiaro man mano che ci si sposta verso l’estremità di bassa massa dello spettro. Trovare buchi neri è una sfida di per sé, ma identificarli nelle galassie nane è ancora più difficile, a causa delle loro piccole dimensioni e della limitata capacità dei nostri attuali strumenti di risolvere le regioni vicine a questi oggetti. Un buco nero che si alimenta attivamente, tuttavia, è più facile da individuare.
“Quando un buco nero al centro di una galassia inizia ad alimentarsi, libera un’enorme quantità di energia nei suoi dintorni, trasformandosi in quello che chiamiamo un nucleo galattico attivo”, afferma Pucha. “Questa drammatica attività funge da faro, consentendoci di identificare i buchi neri nascosti in queste piccole galassie”.
Dalla loro ricerca il team ha identificato ben 2500 galassie nane candidate che ospitano un nucleo galattico attivo (AGN ), il campione più grande mai scoperto. La frazione significativamente più alta di galassie nane che ospitano un AGN (2%) rispetto agli studi precedenti (circa lo 0,5%) è un risultato entusiasmante e suggerisce che gli scienziati hanno tralasciato un numero sostanziale di buchi neri di piccola massa non scoperti.
In una ricerca separata attraverso i dati DESI, il team ha identificato 300 candidati buchi neri di massa intermedia, la raccolta più ampia fino ad oggi. La maggior parte dei buchi neri sono leggeri (meno di 100 volte la massa del nostro Sole) o supermassicci (più di un milione di volte la massa del nostro Sole). I buchi neri tra i due estremi sono poco compresi, ma si teorizza che siano le reliquie dei primissimi buchi neri formatisi nell’Universo primordiale e i semi dei buchi neri supermassicci che si trovano al centro delle grandi galassie oggi. Eppure rimangono sfuggenti, con solo circa 100-150 candidati buchi neri di massa intermedia finora noti. Con la grande popolazione scoperta da DESI, gli scienziati hanno ora un nuovo potente set di dati da utilizzare per studiare questi enigmi cosmici.
“Il design tecnologico di DESI è stato importante per questo progetto, in particolare le sue piccole dimensioni in fibra, che ci hanno permesso di ingrandire meglio il centro delle galassie e identificare le sottili firme dei buchi neri attivi”, afferma Stephanie Juneau, astronomo associato presso NSF NOIRLab e coautore del documento. “Con altri spettrografi in fibra con fibre più grandi, entra più luce stellare dalla periferia della galassia e diluisce i segnali che stiamo cercando. Questo spiega perché siamo riusciti a trovare una frazione maggiore di buchi neri attivi in questo lavoro rispetto ai precedenti sforzi”.
In genere, ci si aspetta che i buchi neri trovati nelle galassie nane siano nel regime di massa intermedia. Ma, cosa curiosa, solo 70 dei candidati buchi neri di massa intermedia appena scoperti si sovrappongono ai candidati AGN nani. Ciò aggiunge un ulteriore livello di eccitazione alle scoperte e solleva interrogativi sulla formazione e l’evoluzione dei buchi neri all’interno delle galassie. “Ad esempio, esiste una relazione tra i meccanismi di formazione dei buchi neri e i tipi di galassie che abitano?” ha detto Pucha. “La nostra ricchezza di nuovi candidati ci aiuterà ad approfondire questi misteri, arricchendo la nostra comprensione dei buchi neri e del loro ruolo fondamentale nell’evoluzione delle galassie”.
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