Astronomi dal Giappone, Taiwan e la Princeton University hanno scoperto 83 quasar alimentati da buchi neri supermassicci che si sono formati quando l'universo aveva solo il 5% della sua età attuale. Qui, vedere l'impressione di un artista di un quasar. Un buco nero supermassiccio si trova al centro, e l'energia gravitazionale del materiale che si accumula su di esso viene rilasciata come luce. Credito:Yoshiki Matsuoka
Astronomi dal Giappone, Taiwan e l'Università di Princeton hanno scoperto 83 quasar alimentati da buchi neri supermassicci nel lontano universo, da un'epoca in cui l'universo era inferiore al 10% della sua età attuale.
"È notevole che oggetti densi così massicci siano stati in grado di formarsi così presto dopo il Big Bang, " ha detto Michael Strauss, un professore di scienze astrofisiche alla Princeton University che è uno dei coautori dello studio. "Capire come possono formarsi i buchi neri nell'universo primordiale, e quanto sono comuni, è una sfida per i nostri modelli cosmologici".
Questa scoperta aumenta considerevolmente il numero di buchi neri conosciuti a quell'epoca, e rivela, per la prima volta, quanto sono comuni all'inizio della storia dell'universo. Inoltre, fornisce nuove informazioni sull'effetto dei buchi neri sullo stato fisico del gas nell'universo primordiale nei suoi primi miliardi di anni. La ricerca compare in una serie di cinque articoli pubblicati in Il Giornale Astrofisico e il Pubblicazioni dell'Osservatorio Astronomico del Giappone .
Buchi neri supermassicci, che si trova al centro delle galassie, possono essere milioni o addirittura miliardi di volte più massicci del sole. Mentre sono prevalenti oggi, non è chiaro quando si sono formati per la prima volta, e quanti ne esistevano nel lontano universo primordiale. Un buco nero supermassiccio diventa visibile quando il gas si accumula su di esso, facendolo brillare come un "quasar". Precedenti studi sono stati sensibili solo al rarissimo, quasar più luminosi, e quindi i buchi neri più massicci. Le nuove scoperte sondano la popolazione dei quasar più deboli, alimentato da buchi neri con masse paragonabili alla maggior parte dei buchi neri visti nell'universo attuale.
Se la storia dell'universo dal Big Bang ad oggi fosse raccontata su un campo di calcio, La Terra e il nostro sistema solare non apparirebbero fino alla nostra linea delle 33 yarde. La vita è apparsa appena all'interno della linea delle 28 yarde e i dinosauri si sono estinti a metà strada tra la linea delle 1 yard e la porta. Tutta la storia umana, da quando gli ominidi si arrampicarono per la prima volta sugli alberi, avviene entro un pollice dalla linea di porta. Su questa linea temporale, gli 83 buchi neri supermassicci scoperti dall'astrofisico di Princeton Michael Strauss e dal suo team internazionale di colleghi apparirebbero sulla linea delle 6 yarde dell'universo, poco dopo il Big Bang stesso. Credito:Kyle McKernan, Ufficio delle comunicazioni dell'Università di Princeton
Il team di ricerca ha utilizzato dati rilevati con uno strumento all'avanguardia, "Hyper Suprime-Cam" (HSC), montato sul Subaru Telescope dell'Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone, che si trova sulla vetta del Maunakea alle Hawaii. HSC ha un campo visivo gigantesco:1,77 gradi di diametro, o sette volte l'area della luna piena, montata su uno dei più grandi telescopi del mondo. Il team dell'HSC sta osservando il cielo nel corso di 300 notti di telescopio, spalmato su cinque anni.
Il team ha selezionato candidati quasar distanti dai dati sensibili dell'indagine HSC. Hanno quindi condotto un'intensa campagna di osservazione per ottenere gli spettri di quei candidati, utilizzando tre telescopi:il Subaru Telescope; il Gran Telescopio Canarias sull'isola di La Palma alle Canarie, Spagna; e il Gemini South Telescope in Cile. L'indagine ha rivelato 83 quasar molto distanti precedentemente sconosciuti. Insieme ai 17 quasar già conosciuti nella regione di indagine, i ricercatori hanno scoperto che esiste all'incirca un buco nero supermassiccio per giga-anno luce cubico, in altre parole, se scomponi l'universo in cubi immaginari che sono un miliardo di anni luce di lato, ciascuno conterrebbe un buco nero supermassiccio.
Il campione di quasar in questo studio si trova a circa 13 miliardi di anni luce dalla Terra; in altre parole, li stiamo vedendo come esistevano 13 miliardi di anni fa. Quando il Big Bang ebbe luogo 13,8 miliardi di anni fa, stiamo effettivamente guardando indietro nel tempo, vedere questi quasar e buchi neri supermassicci come apparivano solo circa 800 milioni di anni dopo la creazione dell'universo (conosciuto).
È ampiamente accettato che l'idrogeno nell'universo una volta fosse neutro, ma fu "reionizzato" - diviso nei suoi componenti protoni ed elettroni - nel periodo in cui la prima generazione di stelle, sono nate galassie e buchi neri supermassicci, nelle prime centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang. Questa è una pietra miliare della storia cosmica, ma gli astronomi ancora non sanno cosa abbia fornito l'incredibile quantità di energia necessaria per causare la reionizzazione. Un'ipotesi convincente suggerisce che c'erano molti più quasar nell'universo primordiale di quelli rilevati in precedenza, ed è la loro radiazione integrata che ha reionizzato l'universo.
Astronomi dal Giappone, Taiwan e l'Università di Princeton hanno scoperto 83 quasar alimentati da buchi neri supermassicci nel lontano universo, da un'epoca in cui l'universo era inferiore al 10% della sua età attuale. In questa fotografia scattata dalla fotocamera Hyper-Suprime del Subaru Telescope a Maunakea, la luce risplende da uno dei quasar più lontani conosciuti, alimentato da un buco nero supermassiccio che si trova a 13,05 miliardi di anni luce dalla Terra. Gli altri oggetti nel campo sono per lo più stelle nella nostra Via Lattea o galassie lungo la linea di vista. Credito:l'Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone
"Però, il numero di quasar che abbiamo osservato mostra che non è così, " ha spiegato Robert Lupton, un dottorato di ricerca a Princeton del 1985 alumnus che è un ricercatore senior in scienze astrofisiche. "Il numero di quasar visti è significativamente inferiore a quello necessario per spiegare la reionizzazione". La reionizzazione è stata quindi causata da un'altra fonte di energia, molto probabilmente numerose galassie che hanno iniziato a formarsi nel giovane universo.
Il presente studio è stato reso possibile dalla capacità di indagine leader a livello mondiale di Subaru e HSC. "I quasar che abbiamo scoperto saranno un argomento interessante per ulteriori osservazioni di follow-up con strutture attuali e future, " disse Yoshiki Matsuoka, un ex ricercatore postdottorato di Princeton ora alla Ehime University in Giappone, che ha condotto lo studio. "Impareremo anche la formazione e la prima evoluzione dei buchi neri supermassicci, confrontando la densità numerica misurata e la distribuzione della luminosità con le previsioni dei modelli teorici".
Sulla base dei risultati finora ottenuti, il team non vede l'ora di trovare buchi neri ancora più distanti e di scoprire quando è apparso il primo buco nero supermassiccio nell'universo.
