Un buco nero precoce
Al centro della maggior parte delle galassie si trova un buco nero. La maggior parte di questi buchi neri ha una massa molto ridotta rispetto alla loro galassia. I ricercatori di Fare all'ETH hanno ora scoperto un buco nero particolarmente massiccio. Sembra che sia cresciuto così rapidamente che la sua galassia di origine non è stata in grado di tenere il passo. Questo mette in discussione le idee precedenti sullo sviluppo delle galassie.
CID-947 è il nome dell'oggetto che Benny Trakhtenbrot, ricercatore dell'Istituto di Astronomia dell'ETH di Zurigo, ha studiato insieme a un team internazionale di astrofisici. Le osservazioni effettuate presso l'Osservatorio Keck delle Hawaii e con diversi telescopi spaziali hanno mostrato che si tratta di una galassia molto distante con un buco nero estremamente massiccio. La galassia e il buco nero provengono da un'epoca in cui l'universo aveva meno di due miliardi di anni, solo il 14% della sua età attuale (oggi sono passati quasi 14 miliardi di anni dal Big Bang).
L'analisi dei dati raccolti alle Hawaii ha rivelato che il buco nero di CID-947, con quasi dieci miliardi di masse solari, è uno dei buchi neri più massicci finora conosciuti. Tuttavia, ciò che ha particolarmente sorpreso i ricercatori non è stata la massa record del buco nero, ma la massa della galassia: "Il nostro valore misurato corrisponde alla massa di una galassia normale", afferma Trakhtenbrot, postdoc nel gruppo di astrofisica extragalattica della professoressa Marcella Carollo. "Un risultato che ha lasciato perplessi gli astronomi. Due ricercatori hanno quindi determinato la massa della galassia indipendentemente l'uno dall'altro. Entrambi sono giunti alla stessa conclusione. Chi siamo ha riferito i suoi risultati nell'attuale numero della rivista "Science".
All'inizio era tutto diverso?
La maggior parte delle galassie, compresa la nostra Via Lattea, ha un buco nero al suo centro, che contiene una massa totale da milioni a miliardi di masse solari. "I buchi neri sono oggetti la cui gravità è così forte che nulla, nemmeno la luce, può sfuggirgli. La teoria della relatività di Einstein descrive come essi pieghino lo spazio-tempo stesso", afferma l'ETH Kevin Schawinski, coautore del nuovo studio. I buchi neri possono essere rilevati perché la materia è fortemente accelerata dalla forte attrazione nelle loro vicinanze e quindi emette radiazioni ad alta energia.
Le osservazioni hanno finora mostrato che più stelle contiene la loro galassia d'origine, più massicci sono i buchi neri. "Questo è vero per l'universo locale, che riflette solo la situazione nel passato prossimo dell'universo", spiega Benny Trakhtenbrot. In questo caso, la crescita dei buchi neri e la formazione delle stelle sembrano andare di pari passo. Se si ipotizza che le stelle si formino da un serbatoio comune di gas freddo da un lato e che il buco nero al centro venga alimentato dall'altro, questo è abbastanza plausibile, dice l'astronomo. Esistono inoltre studi secondo i quali la radiazione emessa durante la crescita del buco nero controlla o addirittura blocca la formazione delle stelle riscaldando il gas con l'energia rilasciata. Tuttavia, i nuovi risultati suggeriscono che questi processi si sono svolti in modo diverso, almeno nell'universo primordiale.
La formazione stellare continua
Il buco nero giovane e distante osservato da Trakhtenbrot e dai suoi colleghi ha una massa circa dieci volte inferiore a quella della sua galassia. Nell'attuale universo locale, i buchi neri raggiungono una massa pari solo allo 0,2-0,5% della massa delle loro galassie. "Ciò significa che questo buco nero è cresciuto in modo molto più efficiente della sua galassia, in contrasto con i modelli che prevedono un'evoluzione a braccetto", spiega il ricercatore del Fare all'ETH. Dalle loro osservazioni, gli astronomi concludono anche che il buco nero ha raggiunto la fine della sua crescita, mentre le stelle continuano a formarsi. Contrariamente a quanto ipotizzato in precedenza, il flusso di energia e gas alimentato dal buco nero non ha fermato la nascita delle stelle.
La galassia potrebbe continuare a crescere in futuro, ma il rapporto tra la massa del buco nero e delle stelle rimarrebbe insolitamente grande. CID-947 potrebbe quindi essere un precursore dei sistemi più estremi e massicci che osserviamo oggi nell'universo locale, come la galassia NGC 1277 nella costellazione di Perseo, a 220 milioni di anni luce dalla nostra Via Lattea, ipotizzano i ricercatori. Chi siamo spera di ottenere ulteriori informazioni sull'evoluzione delle galassie grazie alle osservazioni con il radiotelescopio Alma in Cile.