La comparsa di buchi neri supermassicci agli albori dell'universo ha lasciato perplessi gli astronomi sin dalla loro scoperta più di dieci anni fa. Si pensa che un buco nero supermassiccio si formi nel corso di miliardi di anni, ma più di due dozzine di questi colossi sono stati avvistati entro 800 milioni di anni dal Big Bang, 13,8 miliardi di anni fa.

In un nuovo studio sulla rivista Astronomia della natura , un team di ricercatori della Dublin City University, Università della Columbia, Georgia Tech, e l'Università di Helsinki, aggiungere prove a una teoria di come questi antichi buchi neri, circa un miliardo di volte più pesante del nostro sole, potrebbe essersi formato e ingrassare rapidamente.

Nelle simulazioni al computer, i ricercatori mostrano che un buco nero può crescere rapidamente al centro della sua galassia ospite se una galassia vicina emette abbastanza radiazioni da spegnere la sua capacità di formare stelle. Così disabile, la galassia ospite cresce fino al suo eventuale collasso, formando un buco nero che si nutre del gas rimanente, e più tardi, polvere, stelle morenti, e forse altri buchi neri, diventare super gigantesco.

"Il collasso della galassia e la formazione di un buco nero di un milione di masse solari impiegano 100, 000 anni:un tuffo nel tempo cosmico, ", afferma il coautore dello studio Zoltan Haiman, professore di astronomia alla Columbia University. "Alcune centinaia di milioni di anni dopo, è cresciuto fino a diventare un buco nero supermassiccio di miliardi di massa solare. È molto più veloce di quanto ci aspettassimo".

Nell'universo primordiale, stelle e galassie si sono formate quando l'idrogeno molecolare ha raffreddato e sgonfiato un plasma primordiale di idrogeno ed elio. Questo ambiente avrebbe limitato la crescita dei buchi neri in quanto l'idrogeno molecolare ha trasformato il gas in stelle abbastanza lontane da sfuggire all'attrazione gravitazionale dei buchi neri. Gli astronomi hanno escogitato diversi modi in cui i buchi neri supermassicci potrebbero aver superato questa barriera.

In uno studio del 2008, Haiman e i suoi colleghi hanno ipotizzato che la radiazione di una massiccia galassia vicina potrebbe dividere l'idrogeno molecolare in idrogeno atomico e causare il collasso del buco nero nascente e della sua galassia ospite piuttosto che generare nuovi ammassi di stelle.

Uno studio successivo condotto da Eli Visbal, poi ricercatore post-dottorato alla Columbia, ha calcolato che la galassia vicina dovrebbe essere almeno 100 milioni di volte più massiccia del nostro sole per emettere radiazioni sufficienti a fermare la formazione stellare. Sebbene relativamente raro, Nell'universo primordiale esistono abbastanza galassie di queste dimensioni per spiegare i buchi neri supermassicci osservati finora.

Lo studio attuale, guidato da John Regan, un ricercatore post-dottorato presso la Dublin City University in Irlanda, modellato il processo utilizzando il software sviluppato da Greg Bryan della Columbia, e include gli effetti della gravità, fluidodinamica, chimica e radiazioni.

Dopo diversi giorni passati a macinare i numeri su un supercomputer, i ricercatori hanno scoperto che la galassia vicina potrebbe essere più piccola e più vicina di quanto stimato in precedenza. "La galassia vicina non può essere troppo vicina, o troppo lontano, e come il principio di Riccioli d'oro, troppo caldo o troppo freddo, ", ha affermato il coautore dello studio John Wise, un professore associato di astrofisica presso la Georgia Tech.

Lo studio attuale, guidato da John Regan, un ricercatore post-dottorato presso la Dublin City University in Irlanda, cercato di modellare il processo. Utilizzando simulazioni per misurare come la radiazione di una galassia ha influenzato la formazione di buchi neri nell'altra, i ricercatori hanno scoperto che la galassia vicina potrebbe essere più piccola e più vicina di quanto stimato in precedenza.

"La galassia vicina non può essere troppo vicina, o troppo lontano, e come il principio di Riccioli d'oro, troppo caldo o troppo freddo, ", ha affermato il coautore dello studio John Wise, un professore associato di astrofisica presso la Georgia Tech.

Sebbene enormi buchi neri si trovino al centro della maggior parte delle galassie nell'universo maturo, compresa la nostra Via Lattea, sono molto meno comuni nell'universo infantile. I primi buchi neri supermassicci sono stati avvistati per la prima volta nel 2001 attraverso un telescopio all'Apache Point Observatory del New Mexico come parte dello Sloan Digital Sky Survey.

I ricercatori sperano di testare la loro teoria quando il James Webb Space Telescope della NASA, il successore di Hubble, va online il prossimo anno e trasmette immagini dall'universo primordiale.

Altri modelli di come si sono evoluti questi antichi colossi, incluso uno in cui i buchi neri crescono fondendosi con milioni di buchi neri e stelle più piccoli, attendo ulteriori test. "Capire come si formano i buchi neri supermassicci ci dice come le galassie, compreso il nostro, formare ed evolvere, e alla fine, ci dice di più sull'universo in cui viviamo, "disse Regano, alla Dublin City University.

Lo studio è intitolato, "Rapida formazione di enormi buchi neri in prossimità di protogalassie embrionali".