L’enigma del buco nero nato prima delle stelle

Il James Webb osserva un gigantesco buco nero risalente a 13 miliardi di anni fa

Un team internazionale di astronomi ha ottenuto la prima misurazione diretta della massa di un buco nero formatosi oltre 13 miliardi di anni fa, grazie alle osservazioni del Telescopio Spaziale James Webb (JWST). La scoperta, pubblicata sulla rivista scientifica Nature, potrebbe cambiare profondamente la comprensione dell’universo primordiale e dell’origine delle prime galassie.

Lo studio vede una significativa partecipazione italiana, con il contributo di ricercatori dell’Inaf, dell’Università di Firenze, della Scuola Normale Superiore di Pisa, della Sapienza Università di Roma e dell’Università dell’Insubria.

Abell 2744-Qso1: il “piccolo punto rosso” che sfida le teorie cosmologiche

L’oggetto al centro della ricerca è Abell 2744-Qso1, soprannominato QSO1, appartenente alla categoria dei cosiddetti “little red dots”, ovvero galassie attive estremamente compatte e molto distanti, la cui luce appare rossastra a causa della polvere cosmica e dell’enorme distanza dalla Terra.

La galassia è stata osservata grazie a un fenomeno noto come lente gravitazionale. L’ammasso di galassie Abell 2744, chiamato anche “Ammasso di Pandora”, ha infatti amplificato e moltiplicato la luce proveniente da QSO1, consentendo agli astronomi di analizzarla con una precisione senza precedenti.

Utilizzando lo strumento NIRSpec del James Webb, i ricercatori hanno studiato il movimento del gas di idrogeno attorno al centro galattico, individuando una rotazione di tipo kepleriano: il gas orbita cioè attorno a un corpo centrale in modo analogo ai pianeti che ruotano attorno al Sole.

Questa dinamica ha permesso di calcolare direttamente la massa del buco nero, stimata in circa 50 milioni di masse solari.

Un buco nero che domina la sua galassia

Secondo gli studiosi, il dato più sorprendente riguarda il rapporto tra la massa del buco nero e quella della galassia che lo ospita. Normalmente, i buchi neri supermassicci rappresentano solo una piccola frazione della massa totale galattica. Nel caso di QSO1, invece, il buco nero costituisce addirittura i due terzi dell’intero sistema.

«Grazie all’effetto di lente gravitazionale e alla sensibilità del JWST siamo riusciti per la prima volta a modellare i moti del gas intorno a un buco nero in un little red dot a soli 700 milioni di anni dopo il Big Bang», ha spiegato Giovanni Cresci, ricercatore Inaf di Firenze e coautore dello studio.

Per ottenere il risultato è stato utilizzato anche Moka3D, un nuovo codice sviluppato all’Inaf di Arcetri e all’Università di Firenze, capace di ricostruire la dinamica del gas attorno al buco nero e di “pesarne” la massa attraverso gli effetti gravitazionali.

Secondo Cresci, i dati suggeriscono che questo gigantesco oggetto cosmico possa essersi formato tramite il collasso diretto di enormi quantità di gas primordiale, anziché attraverso la lenta fusione di buchi neri più piccoli.

Un ambiente cosmico quasi incontaminato

Le osservazioni mostrano inoltre che la galassia si trova in un ambiente chimicamente molto “giovane”. La metallicità rilevata — cioè la presenza di elementi più pesanti di idrogeno ed elio — è inferiore allo 0,5% rispetto a quella del Sole.

Cosa significa la bassa metallicità

Questo dato indica che il gas presente nella galassia è composto quasi esclusivamente da idrogeno ed elio, con quantità minime di ossigeno o altri elementi pesanti. In pratica, i processi di formazione ed evoluzione stellare non erano ancora avvenuti in modo significativo.

Per gli astronomi, si tratta di una sorta di “fossile cosmico”, capace di offrire uno sguardo diretto sulle primissime fasi dell’universo.

Una scoperta che cambia i modelli di evoluzione galattica

La ricerca mette in discussione i modelli tradizionali secondo cui le galassie si formano prima dei loro buchi neri centrali, che crescono gradualmente nel corso di miliardi di anni.

I risultati suggeriscono invece che alcuni buchi neri possano nascere già enormi, a partire da “semi pesanti” generati dal collasso diretto di gigantesche nubi di gas primordiale. In alcuni scenari teorici, potrebbero persino essere buchi neri primordiali formatisi poco dopo il Big Bang.

«Il risultato conferma le misure indirette ottenute finora e rappresenta un elemento fondamentale per distinguere i diversi modelli teorici di formazione ed evoluzione dei buchi neri nelle galassie primordiali», ha aggiunto Cresci.

Il ruolo del James Webb nella nuova astronomia

La scoperta conferma ancora una volta il ruolo centrale del Telescopio Spaziale James Webb nello studio dell’universo antico. Dalla sua entrata in funzione, il telescopio della Nasa, dell’Esa e della Canadian Space Agency ha permesso di osservare galassie e strutture cosmiche risalenti a poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang, aprendo una nuova fase della ricerca astronomica.

Per la comunità scientifica italiana, coinvolta sempre più spesso nei grandi progetti internazionali, il risultato rappresenta anche un importante riconoscimento delle competenze sviluppate nel campo dell’astrofisica e dell’analisi dei dati cosmologici.

Una finestra sulle origini dell’universo

L’identificazione di un buco nero così massiccio in un’epoca tanto remota potrebbe aiutare gli scienziati a comprendere meglio come si siano formate le prime strutture cosmiche.

Se ulteriori osservazioni confermeranno questi risultati, sarà necessario ripensare parte delle teorie sull’evoluzione delle galassie e sul ruolo dei buchi neri nell’universo primordiale.

Mele Frediano

Frediano Mele scrive per ToscanaCalcio.net occupandosi di notizie, politica, economia, tecnologia, sport, intrattenimento e lifestyle. Si concentra su informazioni chiare, attualità e temi di interesse per i lettori, offrendo contenuti affidabili e facilmente comprensibili.