Le osservazioni raccolte utilizzando il James Webb Space Telescope hanno rivelato un buco nero supermassiccio attivo, la cui massa è 9 milioni di volte quella del Sole, e che sta attivamente crescendo, assorbendo materia dallo spazio circostante. 570 milioni di anni dopo il Big Bang, è il primo buco nero supermassiccio a crescere, anche se gli scienziati sperano che non mantenga il record a lungo.
Un buco nero è stato trovato all'interno di una delle prime galassie mai scoperte, precedentemente nota come EGSY8p7, e da allora ribattezzato CEERS 1019. La sua scoperta potrebbe aiutare a risolvere uno dei più grandi misteri dell'universo primordiale: come i buchi neri nell'Alba Cosmica siano cresciuti fino a raggiungere dimensioni così grandi in un periodo di tempo così breve.
Un articolo che dettaglia la scoperta, guidato dall'astrofisica Rebecca Larson dell'Università del Texas ad Austin, appare in un numero speciale di The Astrophysical Journal. "Abbiamo trovato il nucleo galattico attivo più distante (AGN) e il buco nero più antico che abbiamo mai trovato", ha detto Larson a ScienceAlert. Larson originariamente osservò CEERS 1019 come parte del suo lavoro di studio della luce prodotta dalla formazione stellare nell'universo primordiale.
Si pensa che questa luce, chiamata radiazione alfa di Lyman, sia generata dalla ionizzazione dell'idrogeno neutro durante la formazione stellare. L'universo primordiale era pieno di una nebbia di idrogeno neutro che impediva la propagazione della luce, solo dopo che questo idrogeno era stato ionizzato la luce poteva propagarsi liberamente.
Questa era di reionizzazione, come è noto, non è stata completamente studiata. Sappiamo che è successo nel primo miliardo di anni dopo il Big Bang 13,8 miliardi di anni fa, ma è molto difficile guardare così lontano nell'universo primordiale. CEERS 1019 e molte altre galassie ultra-precoci sono oggetti eccellenti per questo studio perché sono relativamente luminose. La galassia è stata identificata nei dati di Hubble nel 2015 e all'epoca era la prima e la più lontana galassia osservata.
Ulteriori osservazioni hanno confermato la sua esistenza, ma informazioni più dettagliate sono rimaste sfuggenti: la prima luce nell'universo, a causa dell'espansione dell'universo, si è spostata così lontano nella parte infrarossa dello spettro che è necessario un potente strumento speciale a infrarossi come JWST per studiarlo.
Quindi, quando è apparso JWST, CEERS 1019, la più brillante delle galassie di Hubble di quest'epoca, è diventata un obiettivo ovvio. Il telescopio ha osservato la galassia solo per un'ora con tutti e quattro i suoi strumenti, ma ha fornito una grande quantità di dati.
Poi Larson ha notato qualcosa che non si aspettava. Oltre alla formazione di stelle luminose, c'era un'ampia caratteristica di emissione solitamente associata all'AGN. Quando ne parlò ad alcuni ricercatori AGN, le cose si fecero interessanti. Tipicamente, una galassia nell'universo primordiale emette luce da una supernova o luce dalla formazione stellare. Vedere entrambi nella stessa galassia è stato estremamente inaspettato.
"Abbiamo discusso per settimane che dovrebbe essere, che dovrebbe essere l'uno o l'altro. E si scopre che è entrambe le cose. C'è una certa influenza del buco nero sulle linee di emissione che vediamo, ma la maggior parte della luce che vediamo nelle nostre immagini è ancora dominata dalla parte della galassia che sta formando stelle". Che un buco nero supermassiccio sia esistito più di 13,2 miliardi di anni fa e abbia continuato a crescere non è così sorprendente come si potrebbe pensare.
Buchi neri molto più grandi sono stati scoperti nell'universo primordiale, J1342+0928, una quasi galassia scoperta 690 milioni di anni dopo il Big Bang, ha un buco nero supermassiccio delle dimensioni di 800 milioni di soli. Il buco nero in J0313-1806, scoperto 670 milioni di anni dopo il Big Bang, ha una dimensione di 1,6 miliardi di soli.
Entrambi questi quasar sono dominati dall'emissione di AGN. Secondo Larson e i suoi colleghi, CEERS 1019 è uno stadio intermedio: il punto tra galassie successive, più grandi, dominate da AGN e come quelle galassie e i loro buchi neri hanno iniziato a formarsi in primo luogo. Osservando il buco nero supermassiccio in CEERS 1019, i ricercatori ritengono che l'oggetto si sia formato dal collasso di un oggetto massiccio, come una delle prime stelle dell'universo. Queste stelle erano molto, molto più grandi delle stelle che vediamo intorno a noi oggi, quindi un buco nero da un tale collasso avrebbe un vantaggio sulla strada verso la supermassività.
Come sottolinea Larson, i risultati sono stati ottenuti in una sola ora di osservazione. Ci si aspetta che osservazioni davvero profonde rivelino galassie più lontane e anche più deboli, che ci aiuteranno finalmente a capire come è nato e come è cresciuto l'universo.
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