L'"anello mancante" dell'evoluzione dei buchi neri supermassicci, primo nel suo genere rilevato nell'Universo primordiale, potrebbe risolvere il mistero dei più antichi buchi neri supermassicci esistenti, dicono gli scienziati. La scoperta di GNz7q, un buco nero risalente a soli 750 milioni di anni dopo il Big Bang, si allinea infatti con le previsioni teoriche di come potrebbe essere un "antenato" dei buchi neri supermassicci.
"È improbabile che scoprire GNz7q sia stata solo fortuna", ha detto l'astronomo Gabriel Brammer dell'Università di Copenaghen in Danimarca. "La prevalenza di tali fonti può infatti essere significativamente più alta di quanto si pensasse in precedenza". Il periodo da cui risale GNz7q è noto come l'Alba Cosmica – l'epoca che va da circa 50 milioni di anni dopo il Big Bang a circa 1 miliardo di anni, quando si stavano formando i primi oggetti celesti, tra cui stelle neonate e galassie nascenti. Ad un certo punto di queste fasi nascenti dell'evoluzione dell'Universo, sono comparsi anche buchi neri supermassicci. Ma quando e come rimangono aperte le domande in astrofisica.
L'anno scorso, gli scienziati hanno annunciato la scoperta di J0313-1806, il quasar più distante mai registrato a oltre 13 miliardi di anni luce dalla Terra, a significare il più antico buco nero supermassiccio mai trovato. Ma da dove viene qualcosa come J0313-1806? O meglio, che tipo di oggetti erano i precursori evolutivi dei buchi neri supermassicci nei primi tratti dell'Universo? Teoricamente parlando, gli scienziati hanno alcune idee.
"Le simulazioni indicano una sequenza evolutiva di quasar oscurati dalla polvere stellare che poi passano a quasar luminosi non oscurati espellendo gas e polvere", spiegano i ricercatori in un nuovo studio, guidato dal primo autore e astronomo Seiji Fujimoto, anch'egli dell'Università di Copenaghen. "Sebbene l'ultima fase sia stata identificata con un redshift di 7,6 [riferendosi a J0313-1806], non è stato trovato un quasar in transizione". Fino ad ora almeno.
Fujimoto, Brammer e colleghi hanno infatti identificato GNz7q in un'analisi dei dati di osservazione d'archivio catturati dal telescopio spaziale Hubble. L'oggetto sembra essere l'inafferrabile antenato che gli scienziati hanno cercato di rintracciare. Sorprendentemente, questo buco nero "anello mancante" è stato trovato in una regione completamente studiata del cielo notturno – come parte del Great Observatories Origins Deep Survey (GOODS) – ma solo ora un'analisi spettrale ha identificato ciò che la luminosità di GNz7q probabilmente rappresenta.
"La nostra analisi suggerisce che GNz7q è il primo esempio di un buco nero in rapida crescita nel nucleo polveroso di una galassia starburst in un'epoca vicina al primo buco nero supermassiccio conosciuto nell'Universo", dice Fujimoto. "Le proprietà dell'oggetto attraverso lo spettro elettromagnetico sono in eccellente accordo con le previsioni delle simulazioni teoriche". Secondo i ricercatori, la galassia ospite di GNz7q è incredibilmente attiva, formando circa 1.600 masse solari di stelle all'anno – o almeno lo era circa 13 miliardi di anni fa, quando questa antica luce è stata emessa.
La firma dell'emissione luminosa di GNz7q si adatta al profilo del buco nero di transizione a causa della sua luminosità nelle lunghezze d'onda ultraviolette (che rappresentano l'emissione dalla parte esterna del disco di accrescimento del buco nero) in coincidenza con l'assenza di emissione di raggi X (che sarebbe generata al centro del disco, ma avvolta dalle condizioni polverose in corso della galassia starburst precoce da cui GNz7q si è evoluto). Come spiegano i ricercatori, queste caratteristiche sono perfette per un buco nero destinato a cose supermassicce.
"Le sue proprietà sono in ottimo accordo con la fase di transizione del paradigma evolutivo dei buchi neri supermassicci", spiega il team nel loro articolo. "Un quasar a bassa luminosità e oscurato dalla polvere che emerge in un ospite vigorosamente stellato". In altre parole, questo è ciò che abbiamo previsto che un precursore di buchi neri supermassicci sarebbe apparso circa 13 miliardi di anni fa, una volta che la sua luce ci avesse finalmente raggiunto, dopo aver viaggiato per circa 13 miliardi di anni luce per fare il viaggio.
A causa del fenomeno dell'espansione dell'Universo, GNz7q – in qualsiasi forma supermassiccia definitiva che ora assume – sarebbe circa il doppio più lontano da noi oggi, a una distanza di circa 25 miliardi di anni luce.