Il buco nero più antico mai osservato mette in dubbio le teorie astronomiche

La NASA ha annunciato la scoperta di un buco nero così massivo e antico da mettere in discussione la nostra conoscenza sulla loro formazione.

Il buco nero più antico mai osservato mette in dubbio le teorie astronomiche
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Se si volesse risalire alla nascita dell'universo, bisognerebbe tornare indietro di 13,8 miliardi di anni, quando una zuppa bollente di particelle ha cominciato a diffondersi nello spazio che si stava espandendo durante il periodo dell'inflazione. Finita la rapida espansione, l'universo era ancora scuro perché la luce, rappresentata da particelle chiamate fotoni, non poteva viaggiare a causa degli elettroni liberi nello spazio. Di fatto lo stesso spazio, opaco, cominciò a diventare trasparente non appena le particelle cominciarono a raffreddarsi, circa 380.000 anni dopo il Big Bang. In questa fase gli elettroni hanno cominciato a legarsi chimicamente ai protoni formando atomi di idrogeno neutri, dando la possibilità ai fotoni di viaggiare liberi nello spazio e formare quella che oggi conosciamo come la radiazione cosmica di fondo.

Durante l'epoca della ricombinazione tuttavia non esistevano ancora fonti luminose come le stelle. Le prime stelle si sarebbero formate tra i 200 e 400 milioni di anni dopo il Big Bang, e le loro radiazioni alla frequenza dell'ultravioletto avrebbe cominciato a ionizzare gli atomi di idrogeno, separandoli nuovamente in protoni ed elettroni. Questo processo di ionizzazione che ha scisso gli atomi di idrogeno sarebbe dunque cominciato con la nascita delle prime stelle e sarebbe terminato 1 miliardo di anni dopo il Big Bang. Le informazioni che vi abbiamo dato sono sufficienti per capire l'importanza della scoperta del buco nero supermassiccio risalente a ben 690 milioni di anni dopo il Big Bang ed avente una massa 800 milioni di volte quella del Sole.


L'importanza della scoperta a livello scientifico

Daniel Stern del Jet Propulsion Laboratory della NASA in Pasadena (California) è uno degli autori dello studio di questo nuovo buco nero supermassiccio e commenta così la scoperta: "Questo buco nero è diventato molto più grande di quanto ci fossimo aspettati solamente 690 milioni di anni dopo il Big Bang. Questo mette in discussione le nostre teorie sulla formazione dei buchi neri". Inizialmente le stelle erano dalle 30 alle 300 volte più grandi del nostro Sole e milioni di volte più luminose.

Queste stelle potevano sopravvivere solo pochi milioni di anni prima di esplodere in una supernova: mentre il materiale esterno della stella viene espulso nello spazio, la parte centrale collassa a causa della gravità e forma un buco nero stellare. Da lì al buco nero supermassiccio ci sono dei processi che la scienza sta ancora cercando di spiegare. Banalmente si potrebbe pensare che un buco nero stellare o intermedio diventi un buco nero supermassiccio tramite assorbimento di materia del disco di accrescimento o con la fusione di altri buchi neri, evento che genera onde gravitazionali e quindi rilevabile sulla terra. Questa è solo un'ipotesi, e il fatto che un buco nero supermassiccio così massivo sia potuto esistere solo 690 milioni di anni dopo il Big Bang richiede una revisione della nostra conoscenza su come si formino questi oggetti misteriosi.


La Quasar al centro della galassia

Per ora gli astronomi pensano che debbano esserci speciali condizioni per cui un buco nero supermassiccio così massivo e così antico sia potuto crescere così rapidamente, ma è un processo fisico che richiede ancora uno studio intensivo. Il buco nero supermassiccio in questione si chiama J1342+0928 e sta divorando il materiale che si trova al centro della galassia che lo ospita, in un fenomeno chiamato Quasar. Studiare una Quasar nel periodo in cui l'universo stava per uscire dall'epoca oscura è di enorme interesse per la comunità scientifica.


L'immagine di seguito rende l'idea di cosa sia una Quasar e di come il disco di accrescimento costituito da materiale gassoso venga divorato dal buco nero supermassiccio: mentre il materiale viene risucchiato, viene rilasciata energia sottoforma di onde elettromagnetiche che risultano anche migliaia di volte più luminose della nostra galassia. "Le Quasar sono gli oggetti più luminosi e distanti che conosciamo, cruciali per la comprensione dell'universo primordiale" sono le parole di Bram Venemas del Max Planck Institute in Germania.

Oltre ad essere la più distante, questa Quasar è l'unica identificata prima che l'universo completasse la fase di ionizzazione a causa della luce delle prime galassie. Questa caratterista è cruciale e rende la scoperta sensazionale: attorno al buco nero supermassiccio sono presenti atomi di idrogeno neutri, dunque la ionizzazione (scissione dell'idrogeno in protone ed elettrone) non era ancora stata ultimata. Servirebbero delle condizioni speciali per garantire la formazione della gigantesca Quasar, ma per ora queste rimangono un enigma da risolvere.

Gli strumenti scientifici usati per l'osservazione

I dati del buco nero provengono da WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer), un telescopio spaziale specializzato alle frequenze dell'infrarosso che orbita attorno alla terra, e dal Carnegie Observatories' Magellan Telescopes che invece si trova in Cile. Eduardo Bañados è lo scienziato che ha identificato i giusti candidati da osservare con il telescopio Magellan in Cile sfruttando i dati delle osservazioni compiute da WISE in orbita. La distanza della Quasar identificata viene determinata dagli scienziati in base al suo redshift (come in foto), ovvero calcolando di quanto si è spostata la frequenza delle onde elettromagnetiche che ci giungono sulla terra a causa dell'espansione dell'universo. Infatti più l'universo si espande fra la terra ed i primi oggetti che si conoscono e più la luce tende a diventare "rossa". Un esempio eclatante è la radiazione cosmica di fondo, la prima luce dell'universo visibile agli occhi che ormai è osservabile solo alla frequenza delle microonde a causa dell'espansione dell'universo. Gli scienziati cercheranno sempre più oggetti simili a J1342+0928, ovvero risalenti all'universo poco dopo la sua formazione. Per ora si è stimato che dovrebbero esistere dalle 20 alle 100 Quasar così brillanti e distanti, in attesa di essere scoperte.