I ricercatori hanno scoperto il buco nero supermassiccio attivo più distante fino ad oggi con il James Webb Space Telescope. La galassia, CEERS 1019, esisteva poco più di 570 milioni di anni dopo il big bang, e il suo buco nero è meno massiccio di qualsiasi altro ancora identificato nell’universo primordiale. Non solo, hanno facilmente “scosso” altri due buchi neri che sono anch’essi sul lato più piccolo ed esistevano 1 e 1,1 miliardi di anni dopo il big bang. Webb ha anche identificato undici galassie che esistevano quando l’universo aveva dai 470 ai 675 milioni di anni. Le prove sono state fornite dal sondaggio Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) di Webb, condotto da Steven Finkelstein dell’Università del Texas ad Austin. Il programma combina le immagini e i dati altamente dettagliati del vicino e medio infrarosso di Webb noti come spettri, che sono stati tutti utilizzati per fare queste scoperte:
CEERS 1019 non è solo degno di nota per quanto tempo fa è esistito, ma anche per quanto pesa relativamente poco il suo buco nero. Questo buco nero arriva a circa 9 milioni di masse solari, molto meno di altri buchi neri che esistevano anche nell’universo primordiale e sono stati rilevati da altri telescopi. Quei behemoth in genere ne contengono più di 1 miliardovolte la massa del Sole – e sono più facili da rilevare perché sono molto più luminose. (Stanno attivamente “mangiando” la materia, che si illumina mentre vortica verso il buco nero.) Il buco nero all’interno di CEERS 1019 è più simile al buco nero al centro della nostra galassia, la Via Lattea, che è 4,6 milioni di volte la massa del sole. Anche questo buco nero non è così luminoso come i colossi più massicci precedentemente rilevati. Sebbene più piccolo, questo buco nero è esistito così tanto prima che è ancora difficile spiegare come si sia formato così presto dopo l’inizio dell’universo. I ricercatori sanno da tempo che i buchi neri più piccoli devono essere esistiti prima nell’universo, ma è stato solo quando Webb ha iniziato a osservare che sono stati in grado di effettuare rilevamenti definitivi. (CEERS 1019 potrebbe detenere questo record solo per poche settimane – affermazioni su altri,
I dati di Webb sono praticamente traboccanti di informazioni precise che rendono queste conferme così facili da estrarre dai dati. “Guardare questo oggetto distante con questo telescopio è molto simile a guardare i dati dei buchi neri che esistono nelle galassie vicine alla nostra“, ha detto Rebecca Larson dell’Università del Texas ad Austin, che ha guidato questa scoperta. “Ci sono così tante linee spettrali da analizzare!” Il team non solo ha potuto districare quali emissioni nello spettro provengono dal buco nero e quali dalla sua galassia ospite, ma potrebbe anche individuare la quantità di gas che il buco nero sta ingerendo e determinare il tasso di formazione stellare della sua galassia.
Il team ha scoperto che questa galassia sta ingerendo quanto più gas possibile, sfornando anche nuove stelle. Si sono rivolti alle immagini per esplorare il motivo. Visivamente, CEERS 1019 appare come tre ciuffi luminosi , non un singolo disco circolare. “Non siamo abituati a vedere così tanta struttura nelle immagini a queste distanze“, ha affermato il membro del team CEERS Jeyhan Kartaltepe del Rochester Institute of Technology di New York. “Una fusione di galassie potrebbe essere in parte responsabile dell’alimentazione dell’attività nel buco nero di questa galassia, e ciò potrebbe anche portare a una maggiore formazione stellare”.
Buchi neri più estremamente distanti, le galassie entrano in scena
Il sondaggio CEERS è ampio e c’è molto altro da esplorare. Il membro del team Dale Kocevski del Colby College di Waterville, nel Maine, e il team hanno individuato rapidamente un’altra coppia di piccoli buchi neri nei dati. Il primo, all’interno della galassia CEERS 2782, è stato il più facile da individuare. Non c’è polvere che oscura la vista di Webb, quindi i ricercatori hanno potuto determinare immediatamente quando il suo buco nero è esistito nella storia dell’universo, solo 1,1 miliardi di anni dopo il big bang. Il secondo buco nero, nella galassia CEERS 746, esisteva poco prima, 1 miliardo di anni dopo il big bang. Il suo brillante disco di accrescimento, un anello formato da gas e polvere che circonda il suo buco nero supermassiccio, è ancora parzialmente offuscato dalla polvere. “Il buco nero centrale è visibile, ma la presenza di polvere suggerisce che potrebbe trovarsi all’interno di una galassia che sta anche pompando furiosamente stelle“, ha spiegato Kocevski.
Come quello di CEERS 1019, anche questi due buchi neri sono “pesi leggeri”, almeno se confrontati con buchi neri supermassicci precedentemente noti a queste distanze. Sono solo circa 10 milioni di volte la massa del Sole. “I ricercatori sanno da tempo che ci devono essere buchi neri di massa inferiore nell’universo primordiale. Webb è il primo osservatorio in grado di catturarli in modo così chiaro“, ha aggiunto Kocevski. “Ora pensiamo che i buchi neri di massa inferiore potrebbero essere ovunque, in attesa di essere scoperti”. Prima di Webb, tutti e tre i buchi neri erano troppo deboli per essere rilevati. “Con altri telescopi, questi obiettivi sembrano normali galassie in formazione stellare, non buchi neri supermassicci attivi”, ha aggiunto Finkelstein.
Gli spettri sensibili di Webb hanno anche permesso a questi ricercatori di misurare le distanze precise, e quindi l’età delle galassie nell’universo primordiale. I membri del team Pablo Arrabal Haro del NOIRLab della NSF e Seiji Fujimoto dell’Università del Texas ad Austin hanno identificato 11 galassie che esistevano da 470 a 675 milioni di anni dopo il big bang. Non solo sono estremamente distanti, ma è degno di nota il fatto che siano state rilevate così tante galassie luminose. I ricercatori hanno teorizzato che Webb rileverebbe meno galassie di quelle che si trovano a queste distanze. “Sono sopraffatto dalla quantità di spettri altamente dettagliati di galassie remote che Webb ha restituito”, ha detto Arrabal Haro. “Questi dati sono assolutamente incredibili.”
Queste galassie stanno rapidamente formando stelle, ma non sono ancora arricchite chimicamente come le galassie che sono molto più vicine a casa. “Webb è stato il primo a rilevare alcune di queste galassie”, ha spiegato Fujimoto. “Questo insieme, insieme ad altre galassie lontane che potremmo identificare in futuro, potrebbe cambiare la nostra comprensione della formazione stellare e dell’evoluzione delle galassie nel corso della storia cosmica“, ha aggiunto.
Questi sono solo i primi risultati innovativi del sondaggio CEERS. “Fino ad ora, la ricerca sugli oggetti nell’universo primordiale era in gran parte teorica”, ha detto Finkelstein. “Con Webb, non solo possiamo vedere buchi neri e galassie a distanze estreme, ma ora possiamo iniziare a misurarli con precisione. Questo è l’enorme potere di questo telescopio. In futuro, è possibile che i dati di Webb possano anche essere usati per spiegare come si sono formati i primi buchi neri, rivedendo i modelli dei ricercatori su come i buchi neri sono cresciuti e si sono evoluti nelle prime centinaia di milioni di anni della storia dell’universo”.
Diversi articoli iniziali sui dati del CEERS Survey sono stati accettati da The Astrophysical Journal Letters: “A CEERS Discovery of an Accreting Supermassive Black Hole 570 Myr after the Big Bang: Identificating a Progenitor of Massive z > 6 Quasar”, guidato da Larson, “Hidden Little Monsters: Spectroscopic Identification of Low-Mass, Broad-Line AGN at z > 5 with CEERS,” guidato da Kocevski, “Spectroscopic Confirmation of CEERS NIRCam-selected galaxies at z≃8−10,” guidato da Arrabal Haro, e “ CEERS Spectroscopic Confirmation of NIRCam-Selected z ≳ 8 Galaxy Candidates with JWST/NIRSpec: Initial Characterization of their Properties,” guidato da Fujimoto.
Il James Webb Space Telescope è il principale osservatorio di scienze spaziali del mondo. Webb risolverà i misteri nel nostro sistema solare, guarderà oltre i mondi lontani attorno ad altre stelle e sonderà le misteriose strutture e origini del nostro universo e il nostro posto in esso. Webb è un programma internazionale guidato dalla NASA con i suoi partner, l’ESA (Agenzia spaziale europea) e l’Agenzia spaziale canadese.
