Un articolo pubblicato sulla rivista “The Astrophysical Journal” riporta i risultati di osservazioni di quasar primordiali che indicano che i buchi neri supermassicci si formano da “semi” che sono molto massicci e crescono rapidamente. Un team di ricercatori ha usato osservazioni condotte con il telescopio spaziale James Webb all’interno del progetto EIGER per rilevare la fioca luce delle stelle che circondano tre di quei quasar. Quest’impresa offre la possibilità di ottenere molte più informazioni che permettono di stimare la massa delle galassie e dei buchi neri supermassicci centrali.
Le stime ottenute riguardo alle tre galassie al centro di questo studio indicano che i buchi neri supermassicci primordiali erano molto più massicci di quelli odierni rispetto alle galassie che li ospitano. Secondo la ricostruzione dei ricercatori, i quasar primordiali alimentati dai buchi neri hanno inghiottito materiali a velocità enormi passando da semi iniziali a buchi neri supermassicci.
L’immagine (Cortesia Minghao Yue et al 2024) mostra il quasar J0148+0600, uno dei tre oggetto di questo studio, cerchiato in rosso osservato dal telescopio spaziale James Webb. I due riquadri mostrano il buco nero supermassiccio (in alto) che lo alimenta e le emissioni stellari della galassia che lo ospita (in basso).
Il progetto EIGER (Emission-line galaxies and Intergalactic Gas in the Epoch of Reionization) ha lo scopo di esplorare l’evoluzione del gas intergalattico e delle galassie nella cosiddetta Epoca della Reionizzazione. Si tratta del periodo fondamentale nella storia dell’universo in cui la luce cominciò a diffondersi liberamente nello spazio. Sei galassie primordiali sono state oggetto di osservazioni in particolare con lo strumento NIRCam (Near Infrared Camera) del telescopio spaziale James Webb, la cui potenza e sensibilità ha permesso di ottenere risultati senza precedenti.
I quasar vengono alimentati da buchi neri supermassicci che scaldano i materiali che li circondano al punto da generare fortissime emissioni elettromagnetiche. Ciò li rende visibili anche a 13 miliardi di anni luce di distanza ma rende estremamente difficile distinguere la luce del quasar da quella delle stelle di una galassia che ospita un quasar. I quasar oggetto del progetto EIGER sono stati osservati in modo intermittente dall’autunno del 2022 alla primavera del 2023 per un totale di oltre 120 ore di osservazioni.
Anche con il telescopio spaziale James Webb rilevare la luce delle stelle di quelle galassie primordiali è molto difficile ma gli autori di questo studio sono riusciti a farlo per tre galassie. La quantità di luce ottenuta dal quasar e dalle stelle offre la possibilità di stimare la massa del buco nero supermassiccio e delle stelle in ognuna di quelle galassie.
Il risultato delle stime indica che in quelle galassie primordiali la massa del buco nero supermassiccio era circa un decimo della massa della galassia che lo ospita. Si tratta di un risultato molto diverso rispetto a una galassia recente, dove il rapporto di massa è di 1:1000.
Gli astronomi si stanno chiedendo da tempo se è il buco nero supermassiccio a crescere per primo e la galassia lo segue o se avvenga l’opposto determinando la crescita del buco nero supermassiccio. Questo studio suggerisce che nell’universo primordiale i buchi neri supermassicci crescessero più rapidamente delle galassie che li ospitano. Questo comportamento potrebbe costituire un indizio che all’epoca i semi inziali di buchi neri supermassicci potevano essere più massicci. Ciò spiegherebbe come sia possibile che oggetti così colossali si siano formati così rapidamente nell’universo primordiale.
Questo studio mostra il potenziale del telescopio spaziale James Webb nelle osservazioni delle galassie primordiali che ospitano quasar nel vicino infrarosso. Nuove osservazioni, anche di altri quasar primordiali, aiuteranno a migliorare i modelli di analisi e ottenere nuove informazioni sulla formazione dei buchi neri supermassicci. È uno studio che si incrocia con quello dell’influenza di questi oggetti davvero estremi sulle galassie che li ospitano e in particolare sulla formazione stellare.
