Gli astronomi hanno scoperto prove di un getto di particelle straordinariamente lungo proveniente da un buco nero supermassiccio nell'Universo primordiale, utilizzando l'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA.

Se confermato, sarebbe il buco nero supermassiccio più distante con un getto rilevato nei raggi X, proveniente da una galassia a circa 12,7 miliardi di anni luce dalla Terra. Può aiutare a spiegare come i più grandi buchi neri si siano formati in un momento molto precoce nella storia dell'Universo.

La fonte del getto è un quasar, un buco nero supermassiccio in rapida crescita, chiamato PSO J352.4034-15.3373 (PJ352-15 in breve), che si trova al centro di una giovane galassia. È uno dei due quasar più potenti rilevati nelle onde radio nel primo miliardo di anni dopo il Big Bang, ed è circa un miliardo di volte più massiccio del Sole.

Come fanno i buchi neri supermassicci a crescere così rapidamente da raggiungere una massa così enorme in questa prima epoca dell'Universo? Questa è una delle domande chiave dell'astronomia di oggi.

Nonostante la loro potente gravità e la temibile reputazione, i buchi neri non attirano inevitabilmente tutto ciò che si avvicina a loro. Il materiale in orbita attorno a un buco nero in un disco deve perdere velocità ed energia prima di poter cadere più verso l'interno per attraversare il cosiddetto orizzonte degli eventi, il punto di non ritorno. I campi magnetici possono causare un effetto frenante sul disco mentre alimentano un getto, che è un modo chiave per il materiale nel disco di perdere energia e, perciò, aumentare il tasso di crescita dei buchi neri.

"Se una giostra del parco giochi si muove troppo velocemente, è difficile per un bambino muoversi verso il centro, quindi qualcuno o qualcosa deve rallentare la corsa, " ha affermato Thomas Connor del Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA a Pasadena, California, che ha condotto lo studio. "Intorno a buchi neri supermassicci, pensiamo che i getti possano portare via abbastanza energia in modo che il materiale possa cadere verso l'interno e il buco nero possa crescere".

Gli astronomi avevano bisogno di osservare PJ352-15 per un totale di tre giorni utilizzando la visione nitida di Chandra per rilevare le prove del getto di raggi X. L'emissione di raggi X è stata rilevata circa 160, 000 anni luce di distanza dal quasar lungo la stessa direzione dei getti molto più corti visti nelle onde radio. A confronto, l'intera Via Lattea si estende per circa 100, 000 anni luce.

PJ352-15 batte un paio di diversi record astronomici. Primo, il getto più lungo osservato in precedenza dal primo miliardo di anni dopo il Big Bang era solo di circa 5, 000 anni luce di lunghezza, corrispondente alle osservazioni radio di PJ352-15. Secondo, PJ352-15 è circa 300 milioni di anni luce più lontano del getto di raggi X più distante registrato prima di esso.

"La lunghezza di questo getto è significativa perché significa che il buco nero supermassiccio che lo alimenta è cresciuto da un considerevole periodo di tempo, " ha affermato il coautore Eduardo Bañados del Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) di Heidelberg, Germania. "Questo risultato sottolinea come gli studi a raggi X di quasar distanti forniscano un modo fondamentale per studiare la crescita dei buchi neri supermassicci più distanti".

La luce rilevata da questo getto è stata emessa quando l'Universo aveva solo 0,98 miliardi di anni, meno di un decimo della sua età attuale. A questo punto, l'intensità della radiazione cosmica di fondo (CMB) lasciata dal Big Bang era molto maggiore di quanto non sia oggi.

Mentre gli elettroni nel getto volano via dal buco nero a una velocità prossima a quella della luce, si muovono e si scontrano con i fotoni che compongono la radiazione CMB, aumentando l'energia dei fotoni fino alla gamma dei raggi X per essere rilevati da Chandra. In questo scenario, i raggi X sono notevolmente aumentati di luminosità rispetto alle onde radio. Ciò concorda con l'osservazione che il grande getto di raggi X non ha emissione radio associata.

"Il nostro risultato mostra che le osservazioni a raggi X possono essere uno dei modi migliori per studiare i quasar con getti nell'Universo primordiale, " ha detto il co-autore Daniel Stern, anche di JPL. "O per dirla in un altro modo, Le osservazioni a raggi X in futuro potrebbero essere la chiave per svelare i segreti del nostro passato cosmico".

Un documento che descrive questi risultati è stato accettato per la pubblicazione in Il Giornale Astrofisico.