Un team internazionale di astronomi ha utilizzato il telescopio spaziale James Webb della NASA/ESA/CSA per trovare prove di una fusione in corso di due galassie e dei loro buchi neri massicci quando l’Universo aveva solo 740 milioni di anni. Questo segna il rilevamento più distante di una fusione di buchi neri mai ottenuto e la prima volta che questo fenomeno è stato rilevato così presto nell’Universo.
Gli astronomi hanno trovato buchi neri supermassicci con masse da milioni a miliardi di volte quella del Sole nella maggior parte delle galassie massicce dell’Universo locale, compresa la nostra galassia, la Via Lattea.
Questi buchi neri hanno probabilmente avuto un impatto importante sull’evoluzione delle galassie in cui risiedono.
Tuttavia, gli scienziati non hanno ancora compreso appieno come questi oggetti siano cresciuti fino a diventare così massicci.
La scoperta di giganteschi buchi neri già in atto nel primo miliardo di anni dopo il Big Bang indica che tale crescita deve essere avvenuta molto rapidamente e molto presto.
Ora, il telescopio spaziale James Webb sta gettando nuova luce sulla crescita dei buchi neri nell’Universo primordiale.
Le nuove osservazioni di Webb hanno fornito la prova di una fusione in corso di due galassie e dei loro buchi neri massicci quando l’Universo aveva solo 740 milioni di anni. Il sistema è noto come ZS7.
I buchi neri massicci che stanno attivamente accrescendo materia hanno caratteristiche spettrografiche distintive che consentono agli astronomi di identificarli.
Per galassie molto distanti, come quelle di questo studio, queste firme sono inaccessibili da terra e possono essere viste solo con Webb.
“Abbiamo trovato prove di gas molto denso con movimenti veloci nelle vicinanze del buco nero, così come gas caldo e altamente ionizzato illuminato dalla radiazione energetica tipicamente prodotta dai buchi neri nei loro episodi di accrescimento”, ha spiegato l’autrice principale Hannah Übler dell’Università di Cambridge nel Regno Unito.
“Grazie alla nitidezza senza precedenti delle sue capacità di imaging, Webb ha anche permesso al nostro team di separare spazialmente i due buchi neri”.
Il team ha scoperto che uno dei due buchi neri ha una massa che è 50 milioni di volte la massa del Sole.
“La massa dell’altro buco nero è probabilmente simile, anche se è molto più difficile da misurare perché questo secondo buco nero è sepolto in un gas denso”, ha spiegato Roberto Maiolino, membro del team dell’Università di Cambridge e dell’University College di Londra nel Regno Unito.
“I nostri risultati suggeriscono che la fusione è un percorso importante attraverso il quale i buchi neri possono crescere rapidamente, anche all’alba cosmica”, ha spiegato Übler.
“Insieme ad altre scoperte di Webb di buchi neri attivi e massicci nell’Universo distante, i nostri risultati mostrano anche che i buchi neri massicci hanno modellato l’evoluzione delle galassie fin dall’inizio”.
“La massa stellare del sistema che abbiamo studiato è simile a quella della nostra vicina, la Grande Nube di Magellano”, ha condiviso il membro del team Pablo G. Pérez-González del Centro de Astrobiología (CAB), CSIC/INTA, in Spagna.
“Possiamo provare a immaginare come l’evoluzione delle galassie in fusione potrebbe essere influenzata se ogni galassia avesse un buco nero supermassiccio grande o più grande di quello che abbiamo nella Via Lattea”.
Il team osserva anche che una volta che i due buchi neri si fondono, genereranno anche onde gravitazionali.
Eventi come questo saranno rilevabili con la prossima generazione di osservatori di onde gravitazionali, come l’imminente missione LISA (Laser Interferometer Space Antenna), che è stata recentemente approvata dall’Agenzia Spaziale Europea e sarà il primo osservatorio spaziale dedicato allo studio delle onde gravitazionali.
“I risultati di Webb ci stanno dicendo che i sistemi più leggeri rilevabili da LISA dovrebbero essere molto più frequenti di quanto ipotizzato in precedenza”, ha condiviso Nora Luetzgendorf, Lead Project Scientist di LISA dell’Agenzia Spaziale Europea nei Paesi Bassi.
“Molto probabilmente ci farà adeguare i nostri modelli per i tassi LISA in questo intervallo di massa. Questa è solo la punta dell’iceberg”.
Questa scoperta è stata fatta da osservazioni fatte nell’ambito del programma Galaxy Assembly with NIRSpec Integral Field Spectroscopy.
Il team si è recentemente aggiudicato un nuovo Large Programme nel Ciclo 3 di osservazioni di Webb, per studiare in dettaglio la relazione tra i buchi neri massicci e le galassie che li ospitano nel primo miliardo di anni.
Una componente importante di questo programma sarà la ricerca sistematica e la caratterizzazione delle fusioni di buchi neri.
Questo sforzo determinerà la velocità con cui si verifica la fusione dei buchi neri nelle prime epoche cosmiche e valuterà il ruolo della fusione nella crescita precoce dei buchi neri e la velocità con cui le onde gravitazionali vengono prodotte dall’alba dei tempi.
Immagine: ESA/Webb, NASA, CSA, J. Dunlop, D. Magee, P. G. Pérez-González, H. Übler, R. Maiolino, et. al
