Gli astronomi hanno scoperto il buco nero più distante mai visto nei raggi X, utilizzando i telescopi della NASA. Il buco nero è in una fase iniziale di crescita mai vista prima, dove la sua massa è simile a quella della galassia che lo ospita. Questo risultato potrebbe spiegare come si sono formati alcuni dei primi buchi neri supermassicci nell’universo. Combinando i dati dell’Osservatorio a raggi X Chandra della NASA e del telescopio spaziale James Webb della NASA, un team di ricercatori è riuscito a trovare la firma rivelatrice di un buco nero in crescita appena 470 milioni di anni dopo il big bang:
“Avevamo bisogno di Webb per trovare questa galassia straordinariamente distante e di Chandra per trovare il suo buco nero supermassiccio”, ha detto Akos Bogdan del Center for Astrophysicals | Harvard & Smithsonian (CfA) che guida un nuovo articolo sulla rivista Nature Astronomy che descrive questi risultati. “Abbiamo anche approfittato di una lente d’ingrandimento cosmica che ha aumentato la quantità di luce rilevata”. Questo effetto di ingrandimento è noto come lente gravitazionale.
Bogdan e il suo team hanno trovato il buco nero in una galassia chiamata UHZ1 in direzione dell’ammasso galattico Abell 2744, situato a 3,5 miliardi di anni luce dalla Terra. I dati Webb, tuttavia, hanno rivelato che la galassia è molto più distante dell’ammasso, a 13,2 miliardi di anni luce dalla Terra, quando l’universo aveva solo il 3% della sua età attuale.
Poi, nel corso di due settimane di osservazioni con Chandra, è stata dimostrata la presenza di gas intenso, surriscaldato, che emette raggi X in questa galassia – un segno distintivo di un buco nero supermassiccio in crescita. La luce della galassia e i raggi X del gas attorno al suo buco nero supermassiccio vengono amplificati di circa un fattore quattro dall’intervento della materia in Abell 2744 (a causa della lente gravitazionale), potenziando il segnale infrarosso rilevato da Webb e consentendo a Chandra di rilevare la debole sorgente di raggi X.
Questa scoperta è importante per comprendere come alcuni buchi neri supermassicci possano raggiungere masse colossali subito dopo il big bang. Si formano direttamente dal collasso di enormi nubi di gas, creando buchi neri di peso compreso tra circa 10.000 e 100.000 soli? Oppure provengono da esplosioni delle prime stelle che creano buchi neri che pesano solo tra 10 e 100 soli?
“Ci sono limiti fisici alla velocità con cui i buchi neri possono crescere una volta formati, ma quelli che nascono più massicci hanno un vantaggio. È come piantare un alberello, che impiega meno tempo per crescere fino a diventare un albero a grandezza naturale che se si iniziasse solo con un seme”, ha affermato Andy Goulding dell’Università di Princeton. Goulding è coautore dell’articolo su Nature Astronomy e autore principale di un nuovo articolo su The Astrophysical Journal Letters che riporta la distanza e la massa della galassia utilizzando uno spettro di Webb.
Il team di Bogdan ha trovato prove evidenti che il buco nero appena scoperto è nato massiccio. Si stima che la sua massa sia compresa tra 10 e 100 milioni di Soli, in base alla luminosità e all’energia dei raggi X. Questo intervallo di massa è simile a quello di tutte le stelle della galassia in cui vive, il che è in netto contrasto con i buchi neri nei centri delle galassie nell’universo vicino che di solito contengono solo circa un decimo di percentuale della loro massa. stelle della galassia ospite.
La grande massa del buco nero in giovane età, oltre alla quantità di raggi X che produce e alla luminosità della galassia rilevata da Webb, concordano tutti con le previsioni teoriche del 2017 del coautore Priyamvada Natarajan dell’Università di Yale per un “ Outsize Black Hole” formatosi direttamente dal collasso di un’enorme nube di gas.
“Pensiamo che questa sia la prima rilevazione di un ‘buco nero fuori misura’ e la migliore prova finora ottenuta che alcuni buchi neri si formino da enormi nubi di gas”, ha detto Natarajan. “Per la prima volta stiamo assistendo a una breve fase in cui un buco nero supermassiccio pesa quanto le stelle della sua galassia, prima di rimanere indietro”.
I ricercatori intendono utilizzare questo e altri risultati provenienti da Webb e quelli che combinano dati di altri telescopi per completare un quadro più ampio dell’universo primordiale.
Il telescopio spaziale Hubble della NASA aveva precedentemente dimostrato che la luce proveniente da galassie distanti è fortemente amplificata dalla materia presente nell’ammasso di galassie, fornendo parte della motivazione per le osservazioni di Webb e Chandra qui descritte.
L’articolo che descrive i risultati del team di Bogdan appare su Nature Astronomy e una prestampa è disponibile online.
I dati Webb utilizzati in entrambi gli articoli fanno parte di un sondaggio chiamato Ultradeep Nirspec e nirCam ObserVations before the Epoch of Reionization (UNCOVER). L’articolo condotto da Andy Goulding, membro del team UNCOVER, è apparso su Astrophysical Journal Letters . I coautori includono altri membri del team UNCOVER, oltre a Bogdan e Natarajan. È in arrivo un documento interpretativo dettagliato che mette a confronto le proprietà osservate di UHZ1 con i modelli teorici per le galassie di buchi neri fuori misura.
Il Marshall Space Flight Center della NASA gestisce il programma Chandra. Il Chandra X-ray Center dello Smithsonian Astrophysical Observatory controlla le operazioni scientifiche da Cambridge, Massachusetts, e le operazioni di volo da Burlington, Massachusetts.
Il James Webb Space Telescope è il principale osservatorio di scienze spaziali del mondo. Webb sta risolvendo i misteri del nostro sistema solare, guardando oltre, verso mondi lontani attorno ad altre stelle, e sondando 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.
Maggiori informazioni dall’Osservatorio a raggi X Chandra della NASA.
Per ulteriori immagini, contenuti multimediali e materiali correlati di Chandra, visitare:
https://www.nasa.gov/mission/chandra-x-ray-observatory/
Fonte: https://www.nasa.gov/missions/chandra/nasa-telescopes-discover-record-breaking-black-hole/
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