Un team internazionale di astronomi ha utilizzato il telescopio spaziale James Webb della NASA/ESA/CSA per trovare prove di una fusione in corso tra due galassie e i loro enormi buchi neri quando l’universo aveva solo 740 milioni di anni. Ciò segna la rilevazione più distante di una fusione di buchi neri mai ottenuta e la prima volta che questo fenomeno viene rilevato così presto nell'universo.
Gli astronomi hanno trovato buchi neri supermassicci con masse da milioni a miliardi di volte quella del Sole nelle galassie più massicce dell’universo locale, inclusa la nostra Via Lattea. Questi buchi neri hanno probabilmente avuto un impatto importante sull'evoluzione delle galassie in cui risiedono. Tuttavia, gli scienziati non comprendono ancora del tutto come questi oggetti siano diventati così massicci.
La scoperta di giganteschi buchi neri già presenti nel primo miliardo di anni dopo il Big Bang indica che tale crescita deve essere avvenuta molto rapidamente e molto presto. Ora, il telescopio spaziale James Webb sta gettando nuova luce sulla crescita dei buchi neri nell'universo primordiale.
Le nuove osservazioni di Webb hanno fornito la prova di una fusione in corso tra due galassie e i loro enormi buchi neri quando l’universo aveva appena 740 milioni di anni. Il sistema è noto come ZS7. Lo studio è pubblicato negli Avvisi mensili della Royal Astronomical Society .
I buchi neri massicci che accrescono attivamente materia hanno caratteristiche spettrografiche distintive che consentono agli astronomi di identificarli. Per le galassie molto distanti, come quelle di questo studio, queste firme sono inaccessibili da terra e possono essere viste solo con Webb.
"Abbiamo trovato prove dell'esistenza di gas molto denso con movimenti rapidi in prossimità del buco nero, nonché di gas caldo e altamente ionizzato illuminato dalla radiazione energetica tipicamente prodotta dai buchi neri nei loro episodi di accrescimento", ha spiegato l'autrice principale Hannah Übler dello studio. Università di Cambridge nel Regno Unito. "Grazie alla nitidezza senza precedenti delle sue capacità di imaging, Webb ha anche permesso al nostro team di separare spazialmente i due buchi neri."
Il team ha scoperto che uno dei due buchi neri ha una massa pari a 50 milioni di volte la massa del sole. "La massa dell'altro buco nero è probabilmente simile, anche se è molto più difficile da misurare perché questo secondo buco nero è sepolto nel gas denso", ha spiegato Roberto Maiolino, membro del team dell'Università di Cambridge e dell'University College di Londra nel Regno Unito.
"I nostri risultati suggeriscono che la fusione è un percorso importante attraverso il quale i buchi neri possono crescere rapidamente, anche all'alba cosmica", ha spiegato Übler. "Insieme ad altre scoperte di Webb relative a buchi neri massicci e attivi nell'universo lontano, i nostri risultati mostrano anche che i buchi neri massicci hanno modellato l'evoluzione delle galassie fin dall'inizio."
"La massa stellare del sistema che abbiamo studiato è simile a quella del nostro vicino, la Grande Nube di Magellano", ha affermato Pablo G. Pérez-González del Centro de Astrobiología (CAB), CSIC/INTA, in Spagna. "Possiamo provare a immaginare come potrebbe essere influenzata l'evoluzione delle galassie che si fondono se ciascuna galassia avesse un buco nero supermassiccio grande quanto o più grande di quello che abbiamo nella Via Lattea."
Il team osserva inoltre che una volta che i due buchi neri si fonderanno, genereranno anche onde gravitazionali. Eventi come questo saranno rilevabili con la prossima generazione di osservatori di onde gravitazionali, come la prossima missione Laser Interferometer Space Antenna (LISA), che è stata recentemente approvata dall'Agenzia spaziale europea e sarà il primo osservatorio spaziale dedicato allo studio delle onde gravitazionali. onde.
"I risultati di Webb ci dicono che i sistemi più leggeri rilevabili da LISA dovrebbero essere molto più frequenti di quanto si pensasse in precedenza", ha affermato la scienziata capo progetto LISA Nora Luetzgendorf dell'Agenzia spaziale europea nei Paesi Bassi. "Molto probabilmente ci costringerà ad adattare i nostri modelli per i tassi LISA in questo intervallo di massa. Questa è solo la punta dell'iceberg."
Questa scoperta deriva da osservazioni effettuate nell'ambito del programma Galaxy Assembly con la spettroscopia di campo integrale NIRSpec. Al team è stato recentemente assegnato un nuovo grande programma nel Ciclo 3 di osservazioni di Webb, per studiare in dettaglio la relazione tra i buchi neri massicci e le galassie che li ospitano nel primo miliardo di anni.
Una componente importante di questo programma sarà la ricerca sistematica e la caratterizzazione delle fusioni di buchi neri. Questo sforzo determinerà la velocità con cui avviene la fusione dei buchi neri nelle prime epoche cosmiche e valuterà il ruolo della fusione nella crescita iniziale dei buchi neri e la velocità con cui le onde gravitazionali vengono prodotte dall'alba dei tempi.
Ulteriori informazioni: Hannah Übler et al, GA-NIFS:JWST scopre un AGN offset 740 milioni di anni dopo il big bang, Avvisi mensili della Royal Astronomical Society (2024). DOI:10.1093/mnras/stae943
Informazioni sul giornale: Avvisi mensili della Royal Astronomical Society
Fornito dal Centro informazioni ESA/Hubble
