.
ARGOMENTO: ASTRONOMIA
PERIODO: UNIVERSO PRIMORDIALE
AREA: ASTROFISICA
parole: JWST, buco nero, ANG, LRD
La rivista Nature ha pubblicato lo studio “Un buco nero avvolto e arrossato dal gas all’alba cosmica” di Naidu, R.P., Matthee, J., Katz, H. et al. che descrive la prima “stella buco nero” recentemente scoperta analizzando i dati del JWST in una zona dell’Universo seguente al momento del Big Bang. Si tratterebbe di un nuovo tipo di oggetto astrofisico con caratteristiche peculiari: una macchia rossa estremamente brillante che sembra combinare le proprietà di una stella gigantesca son quelle di un buco nero in accrescimento.
l’espansione dell’Universo e la formazione delle galassie – Universe expansion2.png – Wikimedia Commons
L’incredibile scoperta è risultata dall’analisi di immagini raccolte dal telescopio spaziale James Webb (STJW) che ha osservato questo “puntino rosso” poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang. L’oggetto, poi denominato MoM-BH*-1, è stato individuato durante il sondaggio “Mirage or Miracle” (MoM) condotto con il James Webb Space Telescope (JWST). e fotografato in tre indagini: la prima nell’indagine PRIMER del 2023, utilizzando il Mid-Infrared Instrument (MIRI) e NIRCam, la seconda durante la ricerca EXCELS nel dicembre 2023 e, ultimamente nell’indagine MoM del 15 dicembre 2024. Va da se che il nome deriva proprio dall’ultimo sondaggio, MoM, e dall’abbreviazione di “black hole star – one”.
Tutto iniziò con il Big Bang
Facciamo un passo indietro, ad un certo punto, chiamato tempo zero (t=0), la singolarità iniziale esplose, dando origine all’espansione dello spazio, della massa e dell’energia in tutte le direzioni, un fenomeno che continua tuttora rivelando continuamente nuovi misteri. Come ricorderete, secondo questa teoria, l’universo attuale ebbe origine da uno stato estremamente caldo e denso, noto come singolarità circa 13 miliardi e ottocento milioni di anni fa (secondo le misurazioni più recenti, come quelle del satellite Planck dell’Agenzia Spaziale Europea), quando tutta la massa e l’energia erano concentrate in un punto infinitamente piccolo. Nei primissimi istanti dopo il Big Bang, l’universo era incredibilmente caldo, con temperature superiori al quadrilione di gradi, e le particelle fondamentali – come quark e gluoni – costituivano un plasma denso. Si ritiene che dopo pochi microsecondi si formarono i primi protoni e neutroni, e successivamente gli elettroni che si combinarono con i neutroni per formare i primi atomi di idrogeno ed elio, noti come la materia primordiale. Ci vollero poi centinaia di milioni di anni, affinchè la materia iniziasse ad aggregarsi formando le prime stelle e galassie. Il processo è ancora in corso. Negli ultimi anni, la scoperta di quasar massicci ha rappresentato una sfida sorprendente alla comprensione dell’origine e della crescita di buchi neri supermassicci durante l’alba cosmica, ovvero nei primi 700 milioni di anni del tempo cosmico. Grazie a nuove evidenze osservative e teoriche si sta affermando la teoria che oggetti semi massicci, formati dal collasso di stelle super massicce possano essere stati progenitori dei buchi neri massicci.
L’oggetto recentemente scoperto, chiamato MoM‑BH-1*, è di enormi dimensioni, circa grande quanto il nostro sistema solare, ma emette un’energia 100 miliardi di volte superiore a quella di qualsiasi stella conosciuta. Questa emissione non potrebbe esistere se non ci fosse al suo interno un buco nero supermassiccio (BH), stimato in circa 100.000 masse solari, a sua volta avvolto in un enorme bozzolo dei componenti primordiali (idrogeno ed elio). La sua luminosità appare troppo alta per essere alimentata dalla fusione nucleare per cui è stato ipotizzata l’esistenza di un nuovo oggetto astrofisico, mai osservato fino ad oggi. Secondo gli autori dello studio, i processi fisici che portarono alla formazione di buchi neri da miliardi di massa solari durante l’alba cosmica, rimangono ancora un enigma. Sono stati proposti diversi scenari teorici per la formazione di questi buchi neri ma le osservazioni dirette di questi meccanismi rimangono ancora sfuggenti. Nello studio citato viene quindi presentata questa fonte astronomica creatasi circa 660 milioni di anni dopo il Big Bang che mostra delle proprietà singolari. Ad esempio, si osserva una tra le più grandi rotture di Balmer dell’idrogeno segnalate in qualsiasi spostamento verso il rosso (Redshift). In parole semplici, una rottura di Balmer avviene quando una frazione significativa degli atomi di idrogeno viene ionizzata da fotoni ad alta energia. Tipicamente, essa è associata a una formazione stellare recente, poiché è necessario che molte stelle calde emettano fotoni per far superare quel limite energetico. Normalmente, una linea di emissione dell’idrogeno è “stretta” poiché la luce viene emessa ad una sola lunghezza d’onda, ma se l’idrogeno si muove rispetto all’osservatore, allora entra in gioco l’effetto Doppler, spostando la luce su diverse lunghezze d’onda (immaginatevi un disco rotante: se il bordo si muove verso di te, la lunghezza d’onda sarà maggiore rispetto e la luce sarà spostata verso il blu, se si allontana verrà spostata verso il rosso). Lo spostamento cosmologico verso il rosso (redshift) corrisponde alla rapidità con cui cresce la loro distanza dall’osservatore (in questo caso dalla Terra). Questo ci fa capire che l’ampiezza (variazione) delle linee di Balmer può essere prodotta solo da un disco rotante di idrogeno distintivo di un Nucleo Galattico Attivo (noti come AGN, dall’inglese active galactic nuclei), come ad esempio i quasar. Di fatto, gli AGN sono i migliori laboratori per studiare come si comportano lo spazio e il tempo nelle immediate vicinanze degli oggetti più densi e massicci, e per testare la teoria della relatività generale, oltre che moltissimi aspetti del comportamento dei plasmi e dell’accelerazione delle particelle. Dove misuriamo queste rotture degli spettri, con l’assorbimento della linea di Balmer in diverse transizioni, possiamo ipotizzare la presenza di un buco nero, o meglio il risultato di un gas estremamente denso e turbolento che forma un involucro privo di polvere attorno ad un buco nero supermassiccio.
Poco dopo l’inizio delle operazioni scientifiche del telescopio spaziale James Webb della NASA/ESA/CSA, gli astronomi hanno notato qualcosa di inaspettato nei dati: oggetti rossi che appaiono piccoli nel cielo, situati nell’universo giovane e distante. Questi oggetti, noti come “piccoli punti rossi” (LRD), non sono ancora ben compresi e suscitano nuove domande e nuove teorie sui processi che si sono verificati nell’universo primordiale. Un team di astronomi ha analizzato i dati del telescopio spaziale James Webb provenienti da diverse indagini per compilare uno dei più grandi campioni di “piccoli punti rossi” (LRD) fino ad oggi. Il team ha iniziato con l’indagine Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) per poi ampliare il proprio campo di indagine ad altri campi extragalattici preesistenti, tra cui il JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) e il Next Generation Deep Extragalactic Exploratory Public (NGDEEP). Dal loro campione, hanno scoperto che questi misteriosi oggetti rossi che appaiono piccoli nel cielo emergono in gran numero circa 600 milioni di anni dopo il Big Bang e subiscono un rapido declino quantitativo circa 1,5 miliardi di anni dopo il Big Bang. I dati spettroscopici di alcuni dei LRD nel loro campione, forniti dal Red Unknowns: Bright Infrared Extragalactic Survey (RUBIES), suggeriscono che molti siano buchi neri in accrescimento. Tuttavia, è necessario un ulteriore studio di questi intriganti oggetti. [Descrizione dell’immagine: sei immagini Webb di piccoli punti rossi sono combinate in un mosaico a due righe. Ogni piccolo punto rosso è centrato all’interno di una cornice quadrata e si trova sullo sfondo nero dello spazio. Ogni punto ha un nucleo circolare giallo-bianco circondato da un anello rosso e sfocato. Il testo bianco nell’angolo in alto a sinistra di ogni riquadro elenca il nome della sorgente dai sondaggi Webb e il suo redshift. Da sinistra a destra, la riga superiore recita CEERS 14448, z = 4,75; NGDEEP 4321, z = 8,92; e PRIMER-COS 10539, z = 7,48. La riga inferiore riporta CEERS 20320, z = 5,27; JADES 9186, z = 4,99; e PRIMER-UDS 17818, z = 6,40.] – Fonte NASA, ESA, CSA, STScI, D. Kocevski (Colby College)
La radiazione proveniente dal buco nero dell’oggetto citato sembra quindi dominare quasi tutta la luce osservata, lasciando spazio limitato per il contributo della galassia ospite. Ma non solo … gli scienziati ritengono che se la sorgente si fuse con la sua parte più luminosa, assomiglierebbe a quei recentemente scoperti ‘piccoli punti rossi’, Little Red Dots, indicati con la sigla LRD, che possiedono delle distribuzioni spettrali di energia sconcertanti. La loro natura non è stata ancora definita in modo definitivo e sono oggetto di studi ed osservazioni spettroscopiche dedicati alla crescita dei buchi neri durante l’alba cosmica.
Perché ci appare di color rosso?
Il rossore del buco nero-stella MoM-BH*-1 è dovuto al gas, non alla polvere. In pratica un buco nero circa 100 mila volte più massiccio del nostro Sole, intorno al quale si estenderebbe un enorme involucro di idrogeno, talmente denso da comportarsi, osservato da lontano, quasi come l’atmosfera di una gigantesca stella. Il materiale attratto dal buco nero è di fatto la fonte di energia di questo enorme oggetto. Mentre il gas viene attirato e riscaldato, si libera un’enorme quantità di radiazione, un meccanismo molto più potente della fusione nucleare che alimenta stelle come il nostro Sole. La diffusione, non la cinematica, dà poi origine alle forme linearie complesse e alle luminosità. Questo comporta che la massa dei buchi neri di queste sorgenti può essere sovrastimata di ordini di grandezza. In sintesi, un gigante del cosmo primordiale che nasconde ancora tanti misteri ma ci potrà dare tante risposte.
in anteprima visione artistica generata dall’AI di una stella – buco nero
.
PAGINA PRINCIPALE - HOME PAGE
.
Alcune delle immagini possono essere state prese dal web, citandone ove possibile gli autori e/o le fonti. Se qualcuno desiderasse specificarne l’autore e le fonti o rimuoverle, può scrivere a infoocean4future@gmail.com e provvederemo immediatamente alla correzione dell’articolo
- autore
- ultimi articoli
è composta da oltre 60 collaboratori che lavorano in smart working, selezionati tra esperti di settore di diverse discipline. Hanno il compito di selezionare argomenti di particolare interesse, redigendo articoli basati su studi recenti. I contenuti degli stessi restano di responsabilità degli autori che sono ovviamente sempre citati. Eventuali quesiti possono essere inviati alla Redazione (infoocean4future@gmail.com) che, quando possibile, provvederà ad inoltrarli agli Autori.