Una domanda di vecchia data in astrofisica è:come e quando sono comparsi e cresciuti i buchi neri supermassicci nell'universo primordiale? Una nuova ricerca che utilizza l'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA e lo Sloan Digital Sky Survey (SDSS) suggerisce che una risposta a questa domanda risiede nel modo intermittente in cui i buchi neri giganti possono consumare materiale nel primo miliardo di anni dopo il Big Bang.

Gli astronomi hanno determinato che il Big Bang si è verificato circa 13,8 miliardi di anni fa e hanno prove dall'SDSS che buchi neri supermassicci con masse di circa un miliardo di volte quella del sole esistevano circa 12,8 miliardi di anni fa. Ciò implica che i buchi neri supermassicci sono cresciuti rapidamente nel primo miliardo di anni dopo il Big Bang. Ancora, gli scienziati hanno faticato a trovare segni di questi buchi neri giganti in crescita.

"I buchi neri supermassicci non nascono spontaneamente:hanno bisogno di ingerire grandi quantità di materiale e questo richiede tempo, " ha detto l'autore principale Edwige Pezzulli, Studente di dottorato dell'Università di Roma in Italia e membro del progetto "FIRST", finanziato dal Consiglio europeo della ricerca. "Stiamo cercando di capire come hanno fatto questo senza dare molti segni rivelatori di questa crescita".

Quando il materiale sta cadendo verso un buco nero, si scalda, e produce grandi quantità di radiazioni elettromagnetiche, compresa una copiosa emissione di raggi X. Buchi neri in rapida crescita nell'Universo primordiale dovrebbero essere rilevabili con Chandra. Però, questi buchi neri supermassicci in crescita si sono rivelati sfuggenti, con pochi, candidati ancora da confermare trovati in osservazioni Chandra molto lunghe come il Chandra Deep Field-South, l'immagine a raggi X più profonda mai scattata.

Per affrontare questo enigma, Pezzulli e i suoi colleghi hanno esaminato diversi modelli teorici e li hanno testati rispetto ai dati ottici dell'SDSS e ai dati a raggi X di Chandra. Le loro scoperte indicano che l'alimentazione dei buchi neri durante questa era può accendersi improvvisamente e durare per brevi periodi di tempo, il che significa che questa crescita potrebbe essere difficile da individuare.

"Nel nostro modello solo circa un terzo dei buchi neri consumava attivamente materiale e cresceva 13 miliardi di anni fa", ha affermato la coautrice Rosa Valiante dell'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) in Italia e membro del team FIRST. "Circa 200 milioni di anni prima, solo il 3% dei buchi neri si stava attivamente nutrendo. sembra, potrebbe essere tutto."

I ricercatori hanno raggiunto le loro conclusioni dopo aver testato più ipotesi, tutto ciò presupponeva che la crescita del buco nero potesse superare il cosiddetto limite di Eddington, dove la pressione verso l'esterno della radiazione del gas caldo bilancia l'attrazione verso l'interno della gravità del buco nero.

I risultati degli autori hanno contestato la possibilità che solo una piccola frazione di galassie durante il primo miliardo di anni dopo il Big Bang contenga buchi neri supermassicci. Anche, sebbene questi primi buchi neri fossero probabilmente oscurati da spesse nuvole di materiale, gli autori hanno scoperto che la maggior parte dei raggi X sarebbe stata in grado di penetrare queste nuvole.

Lo studio si basa sull'idea che quando sono nati, i primi buchi neri pesavano solo un centinaio di soli. "Questi semi di buchi neri "leggeri" potrebbero essere i resti della prima generazione di stelle massicce formatesi solo poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang", ha affermato la coautrice Maria Orofino, Studente di dottorato della Scuola Normale Superiore in Italia.

I ricercatori, un team di scienziate, tra cui Simona Gallerani della Scuola Normale Superiore di Pisa e Tullia Sbarrato dell'Università Bicocca di Milano, in Italia, hanno scoperto che i buchi neri possono ingrossarsi così tanto nelle loro esplosioni relativamente rare di intensa crescita che i semi di luce possono raggiungere un miliardo di volte la massa del Sole quando l'universo ha solo un miliardo di anni.

"Per sapere se alla fine abbiamo ragione, dovremo guardare le fasce più grandi del cielo ai raggi X per vedere se possiamo trovare le prime, banchettando con i buchi neri che i nostri modelli hanno previsto, " ha detto Raffaella Schneider, della Sapienza in Italia e capofila del progetto ERC FIRST. "I nostri risultati sono certamente promettenti".