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Un gruppo di astronomi ha individuato 83 nuovi quasar alimentati da buchi neri supermassicci e risalenti ai primordi dell'Universo. Una scoperta che potrebbe potenzialmente mettere a dura prova il nostro modello cosmologico.
Stefano Pisani, 03 Aprile 2019
Micron
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Giornalista Scientifico

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Un gruppo di astronomi ha individuato 83 nuovi quasar alimentati da buchi neri supermassicci e risalenti ai primordi dell’Universo, quando questo aveva all’incirca meno del dieci per cento della sua età attuale. Questa scoperta rivela che questi corpi celesti all’alba dei tempi erano molto più comuni di quanto si pensasse finora e, potenzialmente, questo risultato potrebbe mettere a dura prova il nostro intero modello cosmologico.
I quasar, che distano dalla Terra miliardi di anni luce, sono tra gli oggetti più luminosi dell’Universo. Si tratta di ‘nuclei galattici attivi’ estremamente luminosi alimentati molto energeticamente da buchi neri supermassicci. Lo studio delle dinamiche dei quasar ha portato finora a capire che, mentre la materia si muove intorno al buco nero, il suo ‘attrito’ genera una radiazione così intensa da poter essere vista anche a miliardi di anni luce di distanza, producendo contestualmente anche un segnale radio (i quasar furono inizialmente scoperti proprio come potenti sorgenti radio).
C’è però un problema.
A quanto sappiamo, i buchi neri si formano in seguito al collasso dei nuclei di stelle massicce, e i buchi neri supermassicci possono avere fino a miliardi di volte la massa del Sole.
Questo tipo di processo richiede molto tempo e una quantità enorme di materia: dunque sarebbe impossibile trovare così tanti quasar così presto nella storia dell’Universo. «È straordinario che questi enormi oggetti densi siano stati in grado di formarsi così presto dopo il Big Bang», ha spiegato l’astrofisico Michael Straussdella Princeton University, tra gli autori dello studio pubblicato sul The Astrophysical Journal. «Capire come i buchi neri possono formarsi nell’Universo primordiale, e quanto siano comuni, è una sfida per i nostri modelli cosmologici».
Abbiamo finora trovato alcuni esempi di quasar già presenti all’alba dell’Universo: il più antico individuato finora risale a quando l’Universo aveva solo circa 690 milioni di anni, quindi pressappoco il cinque per cento della sua età attuale. Nonostante siano stati avvistati anche altri quasar così “prematuri”, erano finora considerati corpi celesti abbastanza rari, nell’’‘infanzia’ dell’Universo.
Un gruppo di astronomi costituito da scienziati di Giappone, Taiwan e Stati Uniti, sfruttando il Subaru Telescope delle Hawaii, ha deciso di approfondire la ricerca di quasar, in modo da scovare quasar molto più deboli di quelli scoperti in precedenza. Il quasar più antico che hanno trovato si trovava a 13.05 miliardi di anni luce di distanza, il che lo fa essere il secondo quasar più lontano (e quindi più antico) mai trovato.
Quello che si pensa è che l’Universo abbia circa 13,8 miliardi di anni e le prime stelle non siano apparse fino a circa 500 milioni di anni dopo il Big Bang, dopo che l’idrogeno inizialmente neutro di quel giovanissimo Universo fu reionizzato.
Subito dopo il Big Bang, si ritiene infatti che l’Universo si presentasse come una sorta di “zuppa primordiale” scura e calda su scala cosmica, in rapida espansione. Man mano che si espandeva, si raffreddava, facendo sì che protoni e neutroni iniziassero a combinarsi in atomi di idrogeno ionizzati; tra 240 e 300 mila anni dopo il Big Bang, questi atomi di idrogeno attirarono elettroni, e divennero idrogeno neutro. Solo quando la gravità iniziò a riunire le prime stelle e galassie in questo vuoto torbido pieno di idrogeno, apparve la luce stellare e, non molto tempo dopo, secondo le teorie correnti, l’idrogeno neutro fu eccitato dalla luce ultravioletta di queste stelle, galassie, quasar (non ancora scoperte) o una combinazione di tutti e tre, nella cosiddetta ‘Epoca della Reionizzazione’.
Questo modello, tuttavia, lascia dunque solo un paio di centinaia di milioni di anni alla formazione dei quasar. La ricerca del team suggerisce invece che questi oggetti, all’epoca, erano in realtà piuttosto abbondanti: gli scienziati hanno trovato 83 nuovi quasar, negli ultimi anni, che vanno a unirsi ai 17 quasar precedentemente noti nella regione dell’esplorazione. E questa popolazione è più numerosa di quanto si pensasse in precedenza.
I nuovi dati su questa relativa abbondanza dei quasar ci aiuteranno a saperne di più sulla formazione dei buchi neri supermassicci nell’Universo primordiale e il team mira a continuare la ricerca allo scopo di avvistare, se possibile, quasar che sono ancora più antichi. In questa direzione si potrebbe riuscire a capire quando sono nati i primi buchi neri. «I quasar che abbiamo scoperto saranno un argomento interessante per ulteriori osservazioni di follow-up con strutture attuali e future», ha commentato l’astronomo Yoshiki Matsuoka dell’Università di Ehime in Giappone. «Riusciremo anche a conoscere meglio la formazione e l’evoluzione precoce dei buchi neri supermassicci, confrontando la densità del numero misurato e la distribuzione della luminosità con le previsioni dei modelli teorici».

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