Piccoli oggetti rossi individuati dal telescopio spaziale James Webb (JWST) della NASA stanno offrendo agli scienziati nuove informazioni sulle origini delle galassie nell’universo e potrebbero rappresentare una classe completamente nuova di oggetti celesti: un buco nero che inghiotte enormi quantità di materia e sputa luce. Utilizzando i primi set di dati rilasciati dal telescopio nel 2022, un team internazionale di scienziati, tra cui ricercatori della Penn State, ha scoperto misteriosi “puntini rossi“. I ricercatori hanno ipotizzato che gli oggetti potrebbero essere galassie mature quanto la nostra attuale Via Lattea, che ha circa 13,6 miliardi di anni, appena 500-700 milioni di anni dopo il Big Bang.
“Distruttori di universi” e prime ipotesi
Chiamati informalmente “distruttori di universi” dal team, in origine si pensava che questi oggetti fossero galassie molto più vecchie di quanto chiunque si aspettasse nell’universo primordiale, mettendo così in discussione ciò che gli scienziati avevano precedentemente capito sulla formazione delle galassie.
Dalle galassie alle stelle-buco nero
Ora, in un articolo pubblicato su Astronomy & Astrophysics, il team internazionale di astronomi e fisici, tra cui quelli della Penn State, suggerisce che i punti potrebbero non essere galassie ma un tipo di oggetto completamente nuovo: una stella-buco nero.
Gli studiosi hanno affermato che la loro analisi indica che i minuscoli puntini di luce potrebbero essere gigantesche sfere di gas caldo, così dense da assomigliare alle atmosfere delle tipiche stelle alimentate dalla fusione nucleare; tuttavia, invece della fusione, sono alimentate da buchi neri supermassicci al loro centro che attirano rapidamente la materia, convertendola in energia ed emettendo luce.
“In pratica, abbiamo osservato un numero sufficiente di punti rossi finché non ne abbiamo visto uno con così tanta atmosfera da non poter essere spiegato come una tipica stella che ci si aspetterebbe da una galassia“, ha spiegato Joel Leja, della Penn State, coautore dell’articolo. “È una risposta davvero elegante, perché pensavamo che fosse una piccola galassia piena di molte stelle fredde separate, ma in realtà è, di fatto, una stella gigantesca e molto fredda“.
Il ruolo delle stelle fredde
Le stelle fredde emettono poca luce a causa delle loro basse temperature rispetto alle stelle normali, ha spiegato Leja. La maggior parte delle stelle nell’universo sono stelle di piccola massa e più fredde, ma sono in genere più difficili da vedere perché vengono offuscate da stelle massicce più rare e luminose. Gli astronomi identificano le stelle fredde dal loro bagliore, che si trova principalmente nello spettro ottico rosso o nel vicino infrarosso, lunghezze d’onda della luce che non sono più visibili. Mentre il gas attorno ai buchi neri supermassicci è in genere molto caldo, milioni di gradi Celsius, la luce di questi buchi neri “a punti rossi” era invece dominata da gas molto freddo – hanno sottolineato i ricercatori – simile alle atmosfere delle stelle fredde e di piccola massa, in base alle lunghezze d’onda della luce che emettevano.
La missione del telescopio James Webb
Il JWST, il telescopio più potente nello Spazio, è stato progettato per osservare la genesi del cosmo con strumenti a infrarossi in grado di rilevare la luce emessa dalle stelle e dalle galassie più antiche. In sostanza, il telescopio consente agli scienziati di tornare indietro nel tempo di circa 13,5 miliardi di anni, quasi all’inizio dell’universo come lo conosciamo, ha spiegato Leja.
Dal momento in cui il telescopio si è acceso, i ricercatori di tutto il mondo hanno iniziato a individuare “piccoli puntini rossi“, oggetti che apparivano molto più massicci di quanto previsto dai modelli di galassie. Inizialmente, ha spiegato Leja, lui e i suoi colleghi pensavano che gli oggetti fossero galassie mature, che tendono a diventare più rosse con l’invecchiamento delle stelle al loro interno. Gli oggetti erano però troppo luminosi per essere spiegati: le stelle avrebbero dovuto essere ammassate nelle galassie con una densità impossibile.
“Il cielo notturno di una galassia del genere sarebbe luminoso abbagliante“, ha affermato Bingjie Wang, NASA Hubble Fellow presso la Princeton University, che ha lavorato allo studio come ricercatore post-dottorato alla Penn State. “Se questa interpretazione è valida, implica che le stelle si siano formate attraverso processi straordinari mai osservati prima“.
Per comprendere meglio il mistero, i ricercatori avevano bisogno di spettri, un tipo di dati che potesse fornire informazioni sulla quantità di luce emessa dagli oggetti a diverse lunghezze d’onda. Tra gennaio e dicembre 2024, gli astronomi hanno utilizzato quasi 60 ore di tempo del telescopio Webb per ottenere spettri da un totale di 4.500 galassie distanti. Si tratta di uno dei più grandi set di dati spettroscopici mai ottenuti con il telescopio.
“The Cliff”: il caso più estremo
Nel luglio 2024, il team ha individuato un oggetto con uno spettro che indicava un’enorme quantità di massa, il che lo rende il caso più estremo di un oggetto così antico e grande. Gli astronomi hanno soprannominato l’oggetto in questione “The Cliff“, segnalandolo come il caso di prova più promettente per indagare cosa fossero quei “puntini rossi“.
“Le proprietà estreme di The Cliff ci hanno costretto a ricominciare da capo e a elaborare modelli completamente nuovi“, ha affermato Anna de Graaff, ricercatrice del Max Planck Institute for Astronomy e autrice corrispondente dell’articolo.
L’oggetto era così distante che la sua luce ha impiegato circa 11,9 miliardi di anni per raggiungere la Terra. L’analisi spettrale di quella luce indicava che si trattava in realtà di un buco nero supermassiccio, che attirava l’ambiente circostante a una velocità tale da avvolgersi in una sfera infuocata di idrogeno gassoso. La luce individuata da Leja e dai suoi colleghi non proveniva da densi ammassi di stelle, ma da un unico oggetto gigante.
I buchi neri si trovano al centro della maggior parte delle galassie, ha spiegato Leja. In alcuni casi, questi buchi neri sono milioni o addirittura miliardi di volte più massicci del Sole, il nostro Sistema Solare, e attraggono la materia circostante con tale forza da convertirla in energia e brillare.
“Nessuno ha mai saputo veramente perché o da dove provengano questi giganteschi buchi neri al centro delle galassie“, ha detto Leja. “Queste stelle-buco nero potrebbero essere la prima fase di formazione dei buchi neri che vediamo oggi nelle galassie: buchi neri supermassicci nella loro piccola fase infantile“.
Prospettive future
Lo scienziato ha aggiunto che il JWST ha già trovato tracce di buchi neri di grande massa nell’universo primordiale. Questi nuovi oggetti stellari-buco nero potrebbero aiutare a spiegare l’evoluzione primordiale dell’universo e potrebbero rappresentare un’aggiunta gradita ai modelli attuali. Il team sta pianificando studi futuri per testare questa ipotesi esaminando la densità del gas e la forza di queste stelle-buco nero primordiali, ha affermato Leja.
Naturalmente, i misteriosi “puntini rossi” si trovano a grande distanza sia nel tempo che nello Spazio, e le loro ridotte dimensioni rendono particolarmente difficile ottenere un’immagine chiara.
Un universo pieno di sorprese
“Questa è l’idea migliore che abbiamo e davvero la prima che si adatta a quasi tutti i dati, quindi ora dobbiamo approfondirla ulteriormente“, ha dichiarato Leja. “È normale sbagliarsi. L’universo è molto più strano di quanto possiamo immaginare e tutto ciò che possiamo fare è seguirne gli indizi. Ci sono ancora grandi sorprese là fuori per noi“.
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