Osservando in profondità lo spazio e il tempo, due team che utilizzano il telescopio spaziale James Webb della NASA/ESA/CSA hanno studiato la galassia eccezionalmente luminosa GN-z11, che esisteva quando il nostro universo di 13,8 miliardi di anni aveva solo circa 430 milioni di anni. /P>
Mantenendo la sua promessa di trasformare la nostra comprensione dell'universo primordiale, il telescopio spaziale James Webb sta sondando le galassie all'alba dei tempi. Una di queste è la galassia eccezionalmente luminosa GN-z11, che esisteva quando l’universo aveva solo una piccola frazione della sua età attuale. Rilevata inizialmente con il telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA, è una delle galassie più giovani e distanti mai osservate, ed è anche una delle più enigmatiche. Perché è così luminoso? Sembra che Webb abbia trovato la risposta.
Un team che studia GN-z11 con Webb ha trovato la prima prova chiara che la galassia ospita un buco nero centrale supermassiccio che sta rapidamente accumulando materia. La loro scoperta lo rende il buco nero supermassiccio attivo più distante avvistato fino ad oggi.
"Abbiamo trovato un gas estremamente denso, comune nelle vicinanze dei buchi neri supermassicci che accumulano gas", ha spiegato il ricercatore principale Roberto Maiolino del Cavendish Laboratory e del Kavli Institute of Cosmology dell'Università di Cambridge nel Regno Unito. "Queste sono state le prime indicazioni chiare che GN-z11 ospita un buco nero che sta divorando materia."
Usando Webb, il team ha anche trovato indicazioni di elementi chimici ionizzati tipicamente osservati vicino ai buchi neri supermassicci in accrescimento. Inoltre, hanno scoperto che la galassia sta espellendo un vento molto potente. Tali venti ad alta velocità sono tipicamente guidati da processi associati al vigoroso accrescimento dei buchi neri supermassicci.
"La NIRCam (Near-Infrared Camera) di Webb ha rivelato una componente estesa, che traccia la galassia ospite, e una sorgente centrale e compatta i cui colori sono coerenti con quelli di un disco di accrescimento che circonda un buco nero", ha detto la ricercatrice Hannah Übler, anche lei del Laboratorio Cavendish e Istituto Kavli.
Insieme, queste prove mostrano che GN-z11 ospita un buco nero supermassiccio da due milioni di masse solari in una fase molto attiva di consumo di materia, motivo per cui è così luminoso.
Un secondo team, anch'esso guidato da Maiolino, ha utilizzato il NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) di Webb per trovare un grumo gassoso di elio nell'alone che circonda GN-z11.
"Il fatto che non vediamo nient'altro oltre all'elio suggerisce che questo ammasso deve essere abbastanza incontaminato", ha detto Roberto. "Questo è qualcosa che ci si aspettava dalla teoria e dalle simulazioni in prossimità di galassie particolarmente massicce di queste epoche:dovrebbero esserci sacche di gas incontaminato sopravvissute nell'alone, e queste potrebbero collassare e formare ammassi stellari di Popolazione III."
Trovare le stelle finora invisibili della Popolazione III – la prima generazione di stelle formate quasi interamente da idrogeno ed elio – è uno degli obiettivi più importanti dell’astrofisica moderna. Si prevede che queste stelle siano molto massicce, molto luminose e molto calde. La loro firma sarebbe la presenza di elio ionizzato e l'assenza di elementi chimici più pesanti dell'elio.
La formazione delle prime stelle e galassie segna un cambiamento fondamentale nella storia cosmica, durante il quale l'universo si è evoluto da uno stato oscuro e relativamente semplice all'ambiente altamente strutturato e complesso che vediamo oggi.
Nelle future osservazioni di Webb, Roberto, Hannah e il loro team esploreranno GN-z11 in modo più approfondito e sperano di rafforzare la tesi a favore delle stelle di Popolazione III che potrebbero formarsi nel suo alone.
La ricerca sull'ammasso di gas incontaminato nell'alone di GN-z11 è stata accettata per la pubblicazione su Astronomy &Astrophysics ed è attualmente disponibile su arXiv server di prestampa. I risultati dello studio del buco nero di GN-z11 sono stati pubblicati sulla rivista Nature il 17 gennaio 2024.
Ulteriori informazioni: Roberto Maiolino et al, JWST-JADES. Possibili firme di Popolazione III a z=10.6 nell'alone di GN-z11, arXiv (2023). DOI:10.48550/arxiv.2306.00953
Informazioni sul giornale: Astronomia e astrofisica , arXiv , Natura
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