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Dalla loro scoperta da parte del James Webb Space Telescope della NASA nel 2022, i piccoli puntini rossi (LRD) sono stati oggetto di grande interesse tra gli astronomi. Comprendere la natura di queste fonti rosse estremamente distanti e compatte è stato un’impresa scientifica sconcertante.
Dalla loro scoperta da parte del James Webb Space Telescope della NASA nel 2022, i piccoli puntini rossi (LRD) sono stati oggetto di grande interesse tra gli astronomi.
Comprendere la natura di queste fonti rosse estremamente distanti e compatte è stato un’impresa scientifica sconcertante.
Una teoria diffusa è che i piccoli punti rossi siano buchi neri supermassicci noti come nuclei galattici attivi, anche se mostrano caratteristiche diverse dai nuclei attivi galattici vicini.
Sebbene appaiono abbondanti a grandi redshift nelle prime fasi dell’universo, diminuiscono rapidamente di numero a redshift più bassi. (Più alto è il redshift, maggiore è la distanza che la luce ha percorso attraverso l’universo.)
Questo sconcertante cambiamento di numero solleva la domanda: cosa succede ai piccoli puntini rossi mentre l’universo matura?
Un team di ricercatori guidato da Pierluigi Rinaldi dello Steward Observatory dell’Università dell’Arizona, ora presso lo Space Telescope Science Institute (STScI) di Baltimora, ha approfondito le loro ricerche precedenti in uno studio pubblicato il 29 luglio su The Astrophysical Journal e ha proposto un percorso che gli LRD possono seguire con l’invecchiamento dell’universo: anche se possono sembrare una popolazione galattica unica,
Questi punti sono influenzati da bias osservazionali — alcune caratteristiche semplicemente non appaiono a spostamenti verso il rosso più elevati con la tecnologia attuale.
Le loro conclusioni si basano sull’analisi della galassia a spirale a basso redshift WISEA J123635.56+621424.2, soprannominata “Saguaro” per le sue stemmi prominenti, come il cactus originario del deserto di Sonora nel sud-ovest degli Stati Uniti.
Una caratteristica particolarmente intrigante di questa galassia redshift 2, che corrisponde a circa 3,3 miliardi di anni dopo il Big Bang, è il suo piccolo centro a punto rosso che ricorda il frutto rosso rubino prodotto dalla pianta del deserto.
“Tutto ciò che è stato creato nell’universo primordiale deve evolversi in qualcosa che ci circonda.
“Abbiamo avuto poca idea di cosa diventino gli LRD, ma questi risultati ci mostrano finalmente come trovare la loro progenie”, ha detto il coautore George Rieke dell’Università dell’Arizona.
Studi precedenti condotti dal telescopio spaziale Spitzer della NASA, ormai in pensione, hanno fornito il primo indizio della popolazione di galassie compatte e oscurata dalla polvere nell’universo a basso redshift a cui appartiene il Saguaro, aprendo la strada alle analisi ad alta risoluzione dei telescopi spaziali Hubble e James Webb della NASA.
“Il Saguaro è importante perché è un prototipo di piccolo punto rosso ed è uno dei pochi che abbiamo trovato a redshift più basso. Può essere utilizzato per studiare il percorso di questi puntini nel corso del tempo cosmico,” ha detto Fabio Pacucci dell’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics di Cambridge, Massachusetts, e coautore dello studio.
Tra le migliaia di fonti che Rinaldi ha esaminato in diversi sondaggi, il Saguaro era un esempio del posto giusto — con uno degli array microotturatori di Webb perfettamente inquadrato sopra il nucleo della galassia per prendere dati spettroscopici — e nel momento giusto — a un redshift più basso.
Per ottenere una visione il più ampia possibile della galassia spirale attraverso lo spettro elettromagnetico, il team ha utilizzato rispettivamente i dati di imaging ultravioletto e di Webb a infrarossi e spettroscopici.
“Poiché il Saguaro è a un redshift più basso, possiamo vedere la galassia ospite molto bella e luminosa con alta risoluzione e dettaglio con Webb e Hubble”, ha detto Zihao Wu del Centro di Astrofisica Harvard-Smithsonian e coautore dello studio.
“Le osservazioni di Webb possono aiutarci a capire come la galassia e il suo piccolo nucleo a puntino rosso siano collegati.”
Il team adottò diversi approcci per verificare che il nucleo rosso compatto del Saguaro corrispondesse alle caratteristiche di un prototipo di LRD. In particolare, i dati di Hubble e Webb hanno mostrato che il nucleo è più luminoso sia nella luce ultravioletta che in quella infrarossa rispetto alla luce visibile, proprio come gli LRD lontani.
Il team ha inoltre smembrato con attenzione la luce emessa dall’ospite e dal nucleo, e ha considerato la presenza di emissione di raggi X dalla sorgente.
Sebbene la maggior parte dei piccoli puntini rossi ad alto redshift non siano rilevabili alla luce dei raggi X, l’Osservatorio a raggi X Chandra della NASA ha rilevato una debole emissione di raggi X dal Saguaro.
“Ciò che mostrano le osservazioni della luce a raggi X è che questa galassia ha un nucleo galattico attivo, e molto oscurato,” ha detto Carys Gilbert, studente magistrale all’Università di Città del Capo in Sudafrica e coautore dell’articolo.
“Non è solo nascosto ma anche debole ai raggi X. Questo tipo di combinazione potrebbe spiegare la mancanza di emissione di raggi X che vediamo da tutti gli altri piccoli puntini rossi. Si adatta perfettamente al puzzle dei piccoli puntini rossi.”
Oltre a dimostrare come la sorgente centrale compatta rossa del Saguaro rientri nei criteri del piccolo punto rosso, il team ha spostato sinteticamente la galassia a un redshift più alto per esplorare come questo ambiente galattico apparirebbe agli osservatori se situato nell’universo primordiale.
Come previsto, la struttura galattica circostante del Saguaro svanisce così che solo la luminosa sorgente simile a un LRD al suo centro è visibile.
“La nostra teoria è che la maggior parte di queste fonti lontane sia influenzata da questo effetto cosmologico, creando un bias osservazionale,” ha detto Rinaldi.
“Semplicemente non riusciamo a campionare l’ambiente immediato dei piccoli puntini rossi ad alto redshift perché il loro ambiente è troppo debole per essere osservato anche con Webb. I piccoli puntini rossi sono molto più complessi che essere semplicemente un punto. Sono solo la punta dell’iceberg — di un buco nero supermassiccio che interagisce con l’ambiente circostante.”
Considerando il caso di studio Saguaro, il team ritiene che gli LRD potrebbero non essere una popolazione galattica unica, ma piuttosto una fase temporanea di buchi neri supermassivi altamente attivi.
Potrebbe questa teoria essere il collegamento tra i numerosi piccoli puntini rossi ad alto redshift visti da Webb e l’universo locale?
Sebbene il Saguaro non rappresenti tutti gli LRD, il team propone che questa sia una fase di queste sorgenti compatte rosse. P
er aumentare la fiducia, è necessario studiare ulteriormente il Saguaro, oltre a cercare altre galassie simili al Saguaro con un redshift più basso. I
l team intende anche setacciare i ricchi dati archivistici di Webb per costruire un censimento di piccoli punti rossi e studiare come i loro ambienti possano influenzare la loro maturità.
Questi diversi approcci sono tutti pensati per aiutare a scoprire l’albero genealogico dei piccoli puntini rossi.
Immagine: NASA, ESA, CSA, Pierluigi Rinaldi (Osservatorio Steward); Elaborazione immagini: Alyssa Pagan (STScI); Illustrazione: Leah Hustak (STScI)
