Utilizzando il potente telescopio spaziale James Webb (JWST), gli astronomi hanno scoperto un notevole buco nero supermassiccio risalente a un periodo del cosmo primordiale noto come “mezzogiorno cosmico”, circa 4 miliardi di anni dopo il Big Bang. Questa scoperta getta nuova luce su come questi colossi, milioni o addirittura miliardi di volte la massa del nostro sole, raggiungono dimensioni così immense.
Il mistero dei “puntini rossi”
JWST ha rivelato una nuova classe di oggetti intriganti nell’universo primordiale, soprannominati “piccoli punti rossi”. Si tratta di piccoli granelli di luce luminosi rilevabili solo di recente grazie alle avanzate funzionalità a infrarossi di JWST. Anche se il loro nome suggerisce dimensioni ridotte, una scoperta recente, soprannominata “BiRD” (Big Red Dot), è tutt’altro che piccola, poiché possiede una massa equivalente a 100 milioni di soli.
Come brillano i buchi neri
Gli stessi buchi neri non emettono luce; la loro intensa gravità intrappola chiunque vi cada. Tuttavia, quando sono circondati da materia abbondante e si nutrono attivamente, creano oggetti incredibilmente luminosi chiamati quasar. La luce di questi quasar può percorrere grandi distanze, e la luce di BiRD ha viaggiato per oltre 10 miliardi di anni per raggiungere la Terra.
Localizzazione di BiRD
BiRD è stato identificato nella stessa regione del cielo di un quasar precedentemente noto, J1030+0524 (J1030), un buco nero supermassiccio che già si nutre di materia e si trova a circa 12,5 miliardi di anni luce di distanza. Il gruppo di ricerca dell’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) ha inizialmente analizzato le immagini e gli spettri dello strumento Near-Infrared Camera (NIRCam) di JWST, rilevando un punto insolito di luce infrarossa che non era stato rivelato da precedenti osservazioni a raggi X e radio.
“A partire dalle immagini calibrate è stato sviluppato un catalogo delle fonti presenti sul campo”, spiega Federica Loiacono, capogruppo e assegnista di ricerca dell’INAF. “È stato lì che abbiamo notato BiRD: un oggetto luminoso, puntiforme, che però non era una stella e non figurava nei cataloghi radiografici e radiologici esistenti.”
Analizzare lo spettro: svelare i segreti
L’analisi effettuata dal team dello spettro del BiRD, una ripartizione dettagliata delle lunghezze d’onda della luce, ha fornito informazioni cruciali. Diversi elementi assorbono ed emettono luce a frequenze specifiche, lasciando “impronte digitali” uniche nello spettro. Ciò ha permesso ai ricercatori di identificare la presenza di idrogeno ed elio nell’ambiente del BiRD.
“Abbiamo trovato chiari segnali di idrogeno – in particolare la linea chiamata Paschen gamma, una firma luminosa che rivela la presenza di idrogeno ionizzato – e di elio, visibile anche in assorbimento”, ha detto Loiacono. Questa analisi spettrale ha fornito anche una stima della distanza e della massa di BiRD.
Cosa rende BiRD unico?
I piccoli punti rossi, in generale, rimangono un puzzle cosmico. Le teorie abbondano, inclusa la possibilità che rappresentino un nuovo tipo di oggetto celeste chiamato “stelle del buco nero”. Tuttavia, l’assenza di una forte emissione di raggi X da questi oggetti lascia perplessi, poiché si prevede che i voraci buchi neri producano intensi raggi X. Una possibile spiegazione è che questi oggetti sono ancora avvolti da spessi gusci di gas e polvere, che assorbono la radiazione di raggi X e consentono il passaggio della luce infrarossa.
BiRD è particolarmente degno di nota perché le sue proprietà somigliano molto a solo due altri piccoli punti rossi conosciuti che mostrano caratteristiche spettrali simili. Ciò suggerisce che appartengano alla stessa famiglia di oggetti.
Ripensare l’evoluzione del buco nero
La scoperta di BiRD e della sua famiglia potrebbe richiedere una rivalutazione del modo in cui i buchi neri supermassicci crescono ed evolvono. Calcoli precedenti suggerivano che questi oggetti sarebbero dovuti diventare meno comuni circa 11 miliardi di anni fa. Tuttavia, i calcoli di questa squadra indicano una sorprendente abbondanza di piccoli punti rossi durante il “mezzogiorno cosmico”, sfidando tale ipotesi.
“La sfida ora è estendere lo studio a un numero maggiore di LRD vicini, che possiamo studiare in maggiore dettaglio rispetto a quelli distanti, per costruire un quadro più completo”, ha concluso Loiacono. “JWST ha aperto una nuova frontiera nell’astrofisica extragalattica, rivelando oggetti di cui non sospettavamo nemmeno l’esistenza, e siamo solo all’inizio di questa avventura.”
La scoperta di BiRD sottolinea la potenza del telescopio spaziale James Webb nel rivelare dettagli mai visti prima sull’universo primordiale e sui suoi abitanti, favorendo una comprensione più profonda della formazione e dell’evoluzione dei buchi neri massicci.
