Il buco nero nato prima delle stelle

(Adnkronos) – Una ricerca condotta da un team internazionale, e pubblicata sulla rivista Nature, si basa sulle osservazioni effettuate con il Telescopio spaziale James Webb (JWST) e si avvale di un importante contributo scientifico italiano, che include l'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF), l'Università degli Studi di Firenze, della Scuola Normale Superiore di Pisa, della Sapienza Università di Roma e dell'Università dell'Insubria. L'oggetto analizzato è Abell 2744-QSO1, una galassia attiva estremamente compatta appartenente alla categoria dei cosiddetti "piccoli punti rossi", la cui emissione luminosa appare spostata verso le frequenze del rosso a causa della polvere interstellare e della distanza cosmologica, amplificata dall'effetto di lente gravitazionale esercitato dall'ammasso di galassie denominato Pandora. L'impiego dello spettrografo NIRSpec a bordo del telescopio ha consentito di mappare con precisione il movimento dell'idrogeno gassoso attorno al centro della struttura galattica. L'analisi dello spostamento spettrale ha rivelato un profilo di rotazione kepleriano, indicando che il gas orbita attorno a una massa centrale concentrata secondo le medesime leggi meccaniche che regolano i sistemi planetari. Questa evidenza cinematica ha permesso di stabilire che l'oggetto centrale possiede una massa equivalente a 50 milioni di masse solari. La particolarità dell'osservazione risiede nel rapporto proporzionale tra le componenti del sistema: il buco nero concentra in sé i due terzi dell'intera massa galattica, una configurazione anomala rispetto alle galassie dell'Universo locale, dove i buchi neri supermassicci costituiscono solo una frazione minima della massa totale del sistema ospitante. 
Sulla sinistra, un'immagine scattata dallo strumento NIRCam del telescopio spaziale James Webb della NASA mostra Abell 2744-QSO1. Sulla destra, la mappa della velocità dei gas in QSO1, realizzata utilizzando l'unità di campo integrale (IFU) di Webb, rivela le prove della presenza di un buco nero da 50 milioni di masse solari al suo centro. Crediti: NASA, ESA, CSA, Ignas Juodžbalis (Cambridge), Cosimo Marconcini (University of Florence), Roberto Maiolino (Cambridge), Francesco D'Eugenio (Cambridge), Hannah Übler (MPE)
   La misurazione diretta modifica i parametri di riferimento per i modelli teorici sulla nascita delle strutture cosmiche. Giovanni Cresci, ricercatore dell'INAF di Firenze e coautore dello studio, ha descritto l'innovazione metodologica: “Grazie all'effetto di lente gravitazionale e alla sensibilità del telescopio 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. Per farlo abbiamo utilizzato un nuovo codice sviluppato all'INAF di Arcetri e all'Università di Firenze, MOKA3D, che ha permesso di 'pesare' il buco nero grazie al suo effetto gravitazionale sul gas circostante. Il risultato è sorprendente: il solo buco nero racchiude in sé i due terzi dell'intera massa della galassia, suggerendo che si sia formato per collasso diretto di una massa molto grande di gas piuttosto che più lentamente mettendo insieme buchi neri più piccoli”. I riscontri spettroscopici indicano inoltre che Abell 2744-QSO1 è immerso in un ambiente chimico quasi incontaminato, caratterizzato da una metallicità inferiore allo 0,5% rispetto a quella del Sole. La prevalenza quasi assoluta di idrogeno ed elio, unita alla scarsità di elementi pesanti come l'ossigeno, attesta che nella galassia non si sono ancora sviluppati in modo massiccio i processi di nucleosintesi stellare derivanti dalle generazioni di stelle successive.  Questa asimmetria tra la maturità del buco nero centrale e l'infanzia chimica della galassia circostante offre un solido riscontro empirico all'ipotesi dei cosiddetti "semi pesanti". Giovanni Cresci ha concluso: “Il risultato conferma le misure solamente indirette che erano state ottenute finora per la stima della massa dei buchi neri in queste prime galassie dell'Universo, e rappresenta un discriminante fondamentale dei modelli teorici di formazione ed evoluzione dei buchi neri al centro delle galassie primordiali”.   
Immagine di cover scattata dalla NIRCam del Telescopio Spaziale James Webb della NASA mostra Abell 2744-QSO1, ingrandito e riflesso in un'immagine tripla dall'effetto di lente gravitazionale dell'ammasso di galassie Abell 2744 (l'Ammasso di Pandora). Crediti: NASA, ESA, CSA, Lukas Furtak (Ben-Gurion University)
 
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