Uno degli aloni di gas recentemente osservati con lo strumento MUSE sul Very Large Telescope dell'ESO sovrapposto a un'immagine precedente di una fusione di galassie ottenuta con ALMA. L'alone su larga scala del gas idrogeno è mostrato in blu, mentre i dati di ALMA sono mostrati in arancione. L'alone è legato alla galassia, che contiene un quasar al suo centro. il debole, Il gas idrogeno incandescente nell'alone fornisce la fonte di cibo perfetta per il buco nero supermassiccio al centro del quasar. Gli oggetti in questa immagine si trovano al redshift 6.2, il che significa che vengono visti come lo erano 12,8 miliardi di anni fa. Mentre i quasar sono luminosi, i giacimenti di gas intorno a loro sono molto più difficili da osservare. Ma MUSE potrebbe rilevare il debole bagliore del gas idrogeno negli aloni, permettendo agli astronomi di rivelare finalmente le scorte di cibo che alimentano i buchi neri supermassicci nell'Universo primordiale. Credito:ESO/Farina et al.; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Decarli et al.
Gli astronomi che utilizzano il Very Large Telescope dell'ESO hanno osservato serbatoi di gas freddo attorno ad alcune delle prime galassie dell'Universo. Questi aloni di gas sono il cibo perfetto per i buchi neri supermassicci al centro di queste galassie, che ora sono visti come lo erano oltre 12,5 miliardi di anni fa. Questo deposito di cibo potrebbe spiegare come questi mostri cosmici siano cresciuti così velocemente durante un periodo della storia dell'Universo noto come Cosmic Dawn.
"Siamo ora in grado di dimostrare, per la prima volta, che le galassie primordiali hanno abbastanza cibo nei loro ambienti per sostenere sia la crescita di buchi neri supermassicci che la vigorosa formazione stellare, "dice Emanuele Paolo Farina, dell'Istituto Max Planck di Astronomia di Heidelberg, Germania, che ha guidato la ricerca pubblicata oggi in Il Giornale Astrofisico . "Questo aggiunge un pezzo fondamentale al puzzle che gli astronomi stanno costruendo per immaginare come le strutture cosmiche si siano formate più di 12 miliardi di anni fa".
Gli astronomi si sono chiesti come i buchi neri supermassicci siano riusciti a diventare così grandi così presto nella storia dell'Universo. "La presenza di questi primi mostri, con masse diverse miliardi di volte la massa del nostro Sole, è un grande mistero, "dice Farina, che è anche affiliato al Max Planck Institute for Astrophysics a Garching bei München. Significa che i primi buchi neri, che potrebbe essersi formato dal crollo delle prime stelle, deve essere cresciuto molto velocemente. Ma, fino ad ora, gli astronomi non avevano individuato "cibo da buco nero" - gas e polvere - in quantità abbastanza grandi da spiegare questa rapida crescita.
Per complicare ulteriormente le cose, precedenti osservazioni con ALMA, l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ha rivelato molta polvere e gas in queste prime galassie che hanno alimentato la rapida formazione stellare. Queste osservazioni di ALMA hanno suggerito che potrebbe rimanere poco per alimentare un buco nero.
Per risolvere questo mistero, Farina e i suoi colleghi hanno utilizzato lo strumento MUSE sul Very Large Telescope dell'ESO nel deserto cileno di Atacama per studiare i quasar, oggetti estremamente luminosi alimentati da buchi neri supermassicci che si trovano al centro di massicce galassie. Lo studio ha esaminato 31 quasar visti come erano più di 12,5 miliardi di anni fa, in un momento in cui l'Universo era ancora un bambino, solo circa 870 milioni di anni. Questo è uno dei più grandi campioni di quasar di questa prima fase nella storia dell'Universo da esaminare.
Gli astronomi hanno scoperto che 12 quasar erano circondati da enormi giacimenti di gas:aloni di freddo, gas idrogeno denso che si estende per 100.000 anni luce dai buchi neri centrali e con una massa miliardi di volte la massa del Sole. Il gruppo, dalla Germania, gli Stati Uniti, Italia e Cile, ha anche scoperto che questi aloni di gas erano strettamente legati alle galassie, fornendo la fonte di cibo perfetta per sostenere sia la crescita di buchi neri supermassicci che la vigorosa formazione stellare.
La ricerca è stata possibile grazie alla superba sensibilità del MUSE, l'esploratore spettroscopico multiunità, sul VLT dell'ESO, che Farina dice essere "un punto di svolta" nello studio dei quasar. "Nel giro di poche ore per obiettivo, siamo stati in grado di addentrarci nei dintorni dei buchi neri più massicci e voraci presenti nel giovane Universo, " aggiunge. Mentre i quasar sono luminosi, i giacimenti di gas intorno a loro sono molto più difficili da osservare. Ma MUSE potrebbe rilevare il debole bagliore del gas idrogeno negli aloni, permettendo agli astronomi di rivelare finalmente le scorte di cibo che alimentano i buchi neri supermassicci nell'Universo primordiale.
Nel futuro, L'Extremely Large Telescope dell'ESO aiuterà gli scienziati a rivelare ancora più dettagli sulle galassie e sui buchi neri supermassicci nei primi due miliardi di anni dopo il Big Bang. "Con la potenza dell'ELT, saremo in grado di scavare ancora più a fondo nell'Universo primordiale per trovare molte altre nebulose di gas di questo tipo, " Conclude Farina.
Questa ricerca è presentata in un articolo che apparirà su The Giornale Astrofisico .
