Nel dicembre 2022, meno di sei mesi dopo l’inizio delle operazioni scientifiche, il telescopio spaziale James Webb della NASA ha rivelato qualcosa di mai visto prima: numerosi oggetti rossi che appaiono piccoli nel cielo, che gli scienziati hanno presto chiamato “piccoli puntini rossi” (LRD). Sebbene questi puntini siano piuttosto abbondanti, i ricercatori sono perplessi dalla loro natura, dal motivo dei loro colori unici e da ciò che trasmettono sull’universo primordiale. Un team di astronomi ha recentemente compilato uno dei più grandi campioni di LRD fino ad oggi, quasi tutti esistiti durante i primi 1,5 miliardi di anni dopo il big bang . Hanno scoperto che una grande frazione di LRD nel loro campione mostrava segni di contenere buchi neri supermassicci in crescita . “Siamo sconcertati da questa nuova popolazione di oggetti che Webb ha scoperto. Non ne vediamo analoghi a redshift inferiori , motivo per cui non li avevamo visti prima di Webb”, ha affermato Dale Kocevski del Colby College di Waterville, Maine, e autore principale dello studio. “Si sta lavorando molto per cercare di determinare la natura di questi piccoli puntini rossi e se la loro luce è dominata da buchi neri in accrescimento”.
Uno sguardo potenziale alla crescita iniziale dei buchi neri
Un fattore significativo che ha contribuito all’ampio campione di LRD del team è stato l’uso di dati Webb disponibili al pubblico. Per iniziare, il team ha cercato queste fonti rosse nel sondaggio Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) prima di ampliare il loro ambito ad altri campi legacy extragalattici, tra cui il JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) e il sondaggio Next Generation Deep Extragalactic Exploratory Public (NGDEEP) . Anche la metodologia utilizzata per identificare questi oggetti differiva dagli studi precedenti, con il risultato che il censimento copriva un ampio intervallo di redshift. La distribuzione che hanno scoperto è intrigante: gli LRD emergono in gran numero circa 600 milioni di anni dopo il big bang e subiscono un rapido declino in quantità circa 1,5 miliardi di anni dopo il big bang. Il team ha esaminato il Red Unknowns: Bright Infrared Extragalactic Survey (RUBIES) per i dati spettroscopici su alcuni degli LRD nel loro campione. Hanno scoperto che circa il 70 percento degli obiettivi mostrava prove di gas in rapida orbita a 2 milioni di miglia all’ora (1.000 chilometri al secondo), un segno di un disco di accrescimento attorno a un buco nero supermassiccio. Ciò suggerisce che molti LRD sono buchi neri in accrescimento, noti anche come nuclei galattici attivi (AGN) . “La cosa più emozionante per me sono le distribuzioni del redshift. Queste sorgenti veramente rosse, ad alto redshift, fondamentalmente smettono di esistere a un certo punto dopo il big bang“, ha affermato Steven Finkelstein, coautore dello studio presso l’Università del Texas ad Austin. “Se stanno crescendo buchi neri, e pensiamo che almeno il 70 percento di loro lo sia, questo suggerisce un’era di crescita oscurata dei buchi neri nell’universo primordiale”.
Contrariamente ai titoli, la cosmologia non è rotta
Quando gli LRD furono scoperti per la prima volta, alcuni suggerirono che la cosmologia fosse “rotta”. Se tutta la luce proveniente da questi oggetti proveniva dalle stelle, ciò implicava che alcune galassie erano diventate così grandi, così velocemente, che le teorie non potevano spiegarle. La ricerca del team supporta l’argomentazione secondo cui gran parte della luce proveniente da questi oggetti proviene da buchi neri in accrescimento e non da stelle. Meno stelle significano galassie più piccole e leggere che possono essere comprese dalle teorie esistenti. “Ecco come si risolve il problema della rottura dell’universo”, ha affermato Anthony Taylor, coautore dello studio presso l’Università del Texas ad Austin.
Più curioso e più curioso
C’è ancora molto da discutere, poiché gli LRD sembrano suscitare ancora più domande. Ad esempio, è ancora una questione aperta il motivo per cui gli LRD non compaiono a redshift inferiori. Una possibile risposta è la crescita inside-out: man mano che la formazione stellare all’interno di una galassia si espande verso l’esterno dal nucleo, meno gas viene depositato dalle supernove vicino al buco nero in accrescimento, e questo diventa meno oscurato. In questo caso, il buco nero perde il suo bozzolo di gas, diventa più blu e meno rosso e perde il suo stato di LRD. Inoltre, gli LRD non sono luminosi nella luce dei raggi X, il che contrasta con la maggior parte dei buchi neri a redshift inferiori. Tuttavia, gli astronomi sanno che a certe densità di gas, i fotoni dei raggi X possono rimanere intrappolati, riducendo la quantità di emissione di raggi X. Pertanto, questa qualità degli LRD potrebbe supportare la teoria secondo cui si tratta di buchi neri pesantemente oscurati. Il team sta adottando molteplici approcci per comprendere la natura degli LRD, tra cui l’esame delle proprietà del medio infrarosso del loro campione e la ricerca ampia di buchi neri in accrescimento per vedere quanti di essi soddisfano i criteri LRD. Ottenere una spettroscopia più approfondita e selezionare osservazioni di follow-up sarà utile anche per risolvere questo “caso aperto” sugli LRD.
“Ci sono sempre due o più modi potenziali per spiegare le proprietà confondenti dei piccoli punti rossi”, ha detto Kocevski. “È uno scambio continuo tra modelli e osservazioni, trovare un equilibrio tra ciò che si allinea bene tra i due e ciò che è in conflitto”. Questi risultati sono stati presentati in una conferenza stampa in occasione del 245° incontro dell’American Astronomical Society a National Harbor, nel Maryland, e sono stati inviati per la pubblicazione su The Astrophysical Journal. Il James Webb Space Telescope è il principale osservatorio spaziale al 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, ESA (Agenzia spaziale europea) e CSA (Agenzia spaziale canadese).
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