Il telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della NASA ha identificato i blazar di raggi gamma più lontani, un tipo di galassia le cui intense emissioni sono alimentate da buchi neri di grandi dimensioni. La luce dell'oggetto più lontano ha iniziato il suo viaggio verso di noi quando l'universo aveva 1,4 miliardi di anni, o quasi il 10 per cento della sua età attuale.

"Nonostante la loro giovinezza, questi blazar remoti ospitano alcuni dei più massicci buchi neri conosciuti, " disse Roopesh Ojha, un astronomo del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. "Il fatto che si siano sviluppati così presto nella storia cosmica sfida le idee attuali su come si formano e crescono i buchi neri supermassicci, e vogliamo trovare più di questi oggetti per aiutarci a capire meglio il processo."

Ojha ha presentato i risultati lunedì, 30 gennaio alla riunione dell'American Physical Society a Washington, e un documento che descrive i risultati è stato presentato a The Lettere per riviste astrofisiche .

I blazar costituiscono circa la metà delle sorgenti di raggi gamma rilevate dal Large Area Telescope (LAT) di Fermi. Gli astronomi pensano che le loro emissioni ad alta energia siano alimentate da materia riscaldata e fatta a pezzi mentre cade da un deposito, o accrescimento, disco verso un buco nero supermassiccio con una massa di un milione o più volte quella del sole. Una piccola parte di questo materiale in caduta viene reindirizzata in una coppia di getti di particelle, che esplodono verso l'esterno in direzioni opposte quasi alla velocità della luce. I blazar appaiono luminosi in tutte le forme di luce, compresi i raggi gamma, la luce a più alta energia, quando capita che uno dei getti punti quasi direttamente verso di noi.

In precedenza, i blazar più lontani rilevati da Fermi emettevano la loro luce quando l'universo aveva circa 2,1 miliardi di anni. Osservazioni precedenti hanno mostrato che i blazar più distanti producono la maggior parte della loro luce a energie proprio tra l'intervallo rilevato dal LAT e gli attuali satelliti a raggi X, che ha reso estremamente difficile trovarli.

Quindi, nel 2015, il team Fermi ha rilasciato una rielaborazione completa di tutti i dati LAT, chiamato Passo 8, che ha introdotto così tanti miglioramenti, gli astronomi hanno detto che era come avere uno strumento nuovo di zecca. La maggiore sensibilità del LAT alle energie più basse ha aumentato le possibilità di scoprire blazar più lontani.

Il team di ricerca è stato guidato da Vaidehi Paliya e Marco Ajello della Clemson University in South Carolina e comprendeva Dario Gasparrini presso il Science Data Center dell'Agenzia Spaziale Italiana a Roma e Ojha. Hanno iniziato cercando le fonti più lontane in un catalogo di 1,4 milioni di quasar, una classe di galassie strettamente correlata ai blazar. Poiché solo le sorgenti più luminose possono essere rilevate a grandi distanze cosmiche, hanno quindi eliminato dall'elenco tutti gli oggetti a lunghezze d'onda radio tranne gli oggetti più luminosi. Con un campione finale di circa 1, 100 oggetti, gli scienziati hanno quindi esaminato i dati LAT per tutti loro, con conseguente rilevamento di cinque nuovi blazar di raggi gamma.

Espresso in termini di redshift, misura preferita dagli astronomi del cosmo profondo, i nuovi blazar vanno dal redshift 3.3 al 4.31, il che significa che la luce che ora rileviamo da loro ha iniziato il suo cammino quando l'universo aveva tra 1,9 e 1,4 miliardi di anni, rispettivamente.

"Una volta trovate queste fonti, abbiamo raccolto tutti i dati disponibili a più lunghezze d'onda su di essi e proprietà derivate come la massa del buco nero, la luminosità del disco di accrescimento, e la potenza del jet, " disse Paliya.

Due dei blazar vantano buchi neri di un miliardo di masse solari o più. Tutti gli oggetti possiedono dischi di accrescimento estremamente luminosi che emettono più di due trilioni di volte la produzione di energia del nostro sole. Ciò significa che la materia cade continuamente verso l'interno, racchiuso in un disco e riscaldato prima di fare il tuffo finale nel buco nero.

"La domanda principale ora è come potrebbero essersi formati questi enormi buchi neri in un universo così giovane, ", ha detto Gasparrini. "Non sappiamo quali meccanismi abbiano innescato il loro rapido sviluppo".

Intanto, il team prevede di continuare una ricerca approfondita per ulteriori esempi.

"Pensiamo che Fermi abbia individuato solo la punta dell'iceberg, i primi esempi di una popolazione di galassie che in precedenza non era stata rilevata nei raggi gamma, " disse Aiello.