Scoperto il buco nero che si alimenta più velocemente nell’universo primordiale

Le osservazioni del JWST e di Chandra rivelano un buco nero supermassiccio di piccola massa che sembra consumare materia a oltre 40 volte il limite teorico.

 

 

Utilizzando i dati del JWST della NASA e dell’Osservatorio a raggi X Chandra, un team di astronomi NOIRLab della National Science Foundation degli Stati Uniti ha scoperto un buco nero supermassiccio al centro di una galassia appena 1,5 miliardi di anni dopo il Big Bang che sta consumando materia a un ritmo fenomenale, oltre 40 volte il limite teorico.

Anche se di breve durata, la “festa” di questo buco nero potrebbe aiutare gli astronomi a spiegare come i buchi neri supermassicci siano cresciuti così rapidamente nell’Universo primordiale.

I buchi neri supermassicci esistono al centro della maggior parte delle galassie e i telescopi moderni continuano a osservarli in momenti sorprendentemente precoci dell’evoluzione dell’Universo.

È difficile capire come questi buchi neri siano stati in grado di crescere così tanto così rapidamente.

Ma con la scoperta di un buco nero supermassiccio di piccola massa che si nutre di materiale a un ritmo estremo, visto solo 1,5 miliardi di anni dopo il Big Bang, gli astronomi hanno ora nuove preziose intuizioni sui meccanismi dei buchi neri in rapida crescita nell’Universo primordiale.

LID-568 è stato scoperto da un team interistituzionale di astronomi guidato dall’astronomo dell’International Gemini Observatory/NSF NOIRLab Hyewon Suh. Hanno usato il James Webb Space Telescope (JWST) per osservare un campione di galassie dalla survey COSMOS legacy del Chandra X-ray Observatory.

Questa popolazione di galassie è molto luminosa nella parte dello spettro a raggi X, ma è invisibile nell’ottico e nel vicino infrarosso. L’esclusiva sensibilità agli infrarossi di JWST gli consente di rilevare queste deboli emissioni di controparte.

LID-568 si è distinto all’interno del campione per la sua intensa emissione di raggi X, ma la sua posizione esatta non è stata determinata dalle sole osservazioni a raggi X, sollevando preoccupazioni sulla corretta centratura del bersaglio nel campo visivo del JWST.

Quindi, piuttosto che utilizzare la tradizionale spettroscopia a fessura, gli scienziati del supporto alla strumentazione del JWST hanno suggerito che il team di Suh utilizzasse lo spettrografo a campo integrale sul NIRSpec del JWST.

Questo strumento può ottenere uno spettro per ogni pixel nel campo visivo dello strumento piuttosto che essere limitato a una fetta ristretta.

“A causa della sua natura debole, il rilevamento di LID-568 sarebbe impossibile senza JWST. L’uso dello spettrografo a campo integrale è stato innovativo e necessario per ottenere le nostre osservazioni”, afferma Emanuele Farina, astronomo dell’International Gemini Observatory/NSF NOIRLab e co-autore dell’articolo pubblicato su Nature Astronomy.

Il NIRSpec del JWST ha permesso al team di ottenere una visione completa del loro obiettivo e della regione circostante, portando alla scoperta inaspettata di potenti deflussi di gas intorno al buco nero centrale.

La velocità e le dimensioni di questi deflussi hanno portato il team a dedurre che una frazione sostanziale della crescita di massa di LID-568 potrebbe essersi verificata in un singolo episodio di rapido accrescimento.

“Questo risultato fortuito ha aggiunto una nuova dimensione alla nostra comprensione del sistema e ha aperto interessanti strade per l’indagine”, afferma Suh.

In una scoperta sorprendente, Suh e il suo team hanno scoperto che LID-568 sembra nutrirsi di materia a una velocità 40 volte superiore al suo limite di Eddington.

Questo limite si riferisce alla luminosità massima che un buco nero può raggiungere, così come alla velocità con cui può assorbire la materia, in modo tale che la sua forza gravitazionale verso l’interno e la pressione verso l’esterno generata dal calore della materia compressa in caduta rimangano in equilibrio.

Quando è stato calcolato che la luminosità di LID-568 era molto più alta di quanto teoricamente possibile, il team sapeva di avere qualcosa di notevole nei suoi dati.

“Questo buco nero sta festeggiando”, afferma Julia Scharwächter, astronoma dell’International Gemini Observatory/NSF NOIRLab.

“Questo caso estremo mostra che un meccanismo di alimentazione rapida al di sopra del limite di Eddington è una delle possibili spiegazioni del perché vediamo questi buchi neri molto pesanti così presto nell’Universo”.

Questi risultati forniscono nuove intuizioni sulla formazione di buchi neri supermassicci da “semi” di buchi neri più piccoli, che le teorie attuali suggeriscono derivino dalla morte delle prime stelle dell’Universo (semi leggeri) o dal collasso diretto di nubi di gas (semi pesanti).

Fino ad ora, queste teorie mancavano di conferme osservative. “La scoperta di un buco nero in accrescimento super-Eddington suggerisce che una parte significativa della crescita di massa può verificarsi durante un singolo episodio di alimentazione rapida, indipendentemente dal fatto che il buco nero abbia avuto origine da un seme leggero o pesante”, afferma Suh.

La scoperta di LID-568 mostra anche che è possibile che un buco nero superi il suo limite di Eddington e fornisce la prima opportunità per gli astronomi di studiare come ciò avviene.

È possibile che i potenti deflussi osservati in LID-568 possano fungere da valvola di sfogo per l’energia in eccesso generata dall’accrescimento estremo, impedendo al sistema di diventare troppo instabile.

Per indagare ulteriormente sui meccanismi in gioco, il team sta pianificando osservazioni di follow-up con JWST.