Si ritiene che la formazione e la crescita della maggior parte delle galassie nella storia dell'universo sia stata alimentata da buchi neri supermassicci che crescono insieme alla galassia ospite mentre raccolgono materia per raggiungere milioni di masse solari. Inseguire le prime fasi di questi oggetti estremi è tra le missioni dei futuri potenti telescopi.

Una nuova e completa stima è stata ora presentata in uno studio condotto da ricercatori dell'Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço (IA). Lo studio prevede il numero di galassie molto giovani con buchi neri supermassicci attivi nei loro nuclei che avrebbero dovuto esistere quando l'universo era inferiore al 7% della sua età attuale, e che sono alla portata dei futuri raggi X e radiotelescopi già in costruzione. È stato pubblicato su Avvisi mensili della Royal Astronomical Society , e presentato questa settimana al meeting SPARCS IX, dove vengono discusse la scienza e la tecnologia del futuro radiotelescopio Square Kilometer Array (SKA).

I risultati possono guidare i piani osservativi più efficaci per SKA e per l'osservatorio spaziale a raggi X Athena dell'ESA. Entrambi gli osservatori saranno utilizzati per scrutare in profondità nello stesso periodo della storia dell'universo esplorato da questo studio.

"Dato che c'è una lunga attesa prima che Athena e SKA saranno disponibili per la scienza, c'è tempo per modificare i propri obiettivi per il meglio, "dice Stergios Amarantidis, di IA e Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (FCUL), il primo autore del saggio. "Per esempio, un precedente white paper di Athena menziona una previsione di un ordine di grandezza in meno di buchi neri supermassicci rispetto a quelli che abbiamo trovato. Useranno il loro risultato per fare un piano preliminare per i sondaggi futuri. I nostri risultati possono ora essere utilizzati per migliorare la strategia e preparare sondaggi più efficaci".

Gli autori estendono il lavoro precedente svolto da altri nella parte visibile e dei raggi X dello spettro aggiungendo previsioni per osservazioni radio e a raggi X, e per l'universo più lontano. In tale contesto, I raggi X sono prodotti da materia molto calda che si muove a spirale estremamente velocemente mentre cade sul buco nero, e segnalano le galassie con i loro centri rivolti verso la Terra. Emissioni radiofoniche, d'altra parte, segnalano frequentemente le galassie viste di taglio, e sono prodotti da potenti getti di particelle espulsi dalle vicinanze del buco nero e che interagiscono con il gas al di fuori della galassia.

Utilizzando otto modelli computazionali sviluppati da altri team e applicando le attuali conoscenze sull'evoluzione delle galassie, i ricercatori hanno predetto che in un'area del cielo delle dimensioni della luna piena, Athena sarà in grado di individuare l'attività dei raggi X intorno alle 2, 500 buchi neri supermassicci nei nuclei di galassie molto giovani nell'universo primordiale. I risultati suggeriscono che le emissioni radio saranno meno abbondanti in queste prime età, ma potenti telescopi come SKA saranno ancora in grado di identificare decine di queste sorgenti nella stessa area del cielo.

I modelli computazionali sono stati sviluppati e messi a punto utilizzando quali osservazioni degli ambienti in cui si evolvono le galassie nell'universo vicino. Uno dei limiti dei modelli, evidenziato da questo studio, è la loro scarsa capacità di prevedere i pochi, molto luminoso, centri galattici attivi già noti per esistere in epoche remote. Aumentare le dimensioni delle simulazioni e delle risorse computazionali è necessario per superare questa limitazione e per comprendere correttamente come sono apparse ed evolute le prime galassie e buchi neri supermassicci.

"Questo lavoro mette in evidenza i poteri predittivi degli attuali modelli all'avanguardia della formazione delle galassie, e ci guiderà a fare un uso migliore dei potenti telescopi in costruzione, "dice José Afonso, di IA e FCUL, e secondo autore dell'articolo. "Allo stesso tempo, mostra anche dove la nostra comprensione delle prime galassie attive deve ancora essere migliorata, qualcosa che richiederà tutti i nostri sforzi di osservazione nei prossimi anni. L'universo primordiale è ancora in gran parte difficile da spiegare."