Un gigantesco e assurdo buco nero scoperto nello spazio profondo: divora materia a un ritmo mostruoso
A 12,8 miliardi di anni luce dalla Terra, nel cuore di una galassia primordiale, si trova un enorme buco nero supermassiccio che divora materia e si accresce a un ritmo sconcertante. La sua “fame” è tale, infatti, da oltrepassare agevolmente una soglia fisica che gli scienziati chiamano limite di Eddington. Oggetti come questo buco nero supermassiccio, che alimenta un quasar (un nucleo galattico attivo) luminosissimo chiamato RACS J0320-35, emettono radiazioni che generano una pressione verso l'esterno, ma al contempo accumulano materia grazie alla formidabile forza di attrazione gravitazionale: il limite di Eddington, in parole molto semplici, viene raggiunto quando la pressione della radiazione verso l'esterno e l'attrazione della gravità verso l'interno si bilanciano. È un sistema stabile. Se il limite viene superato si innesca una instabilità, conosciuta come “accrescimento di Super-Eddington”. È esattamente ciò che è stato osservato in questo affascinante oggetto, che cresce a un ritmo 2,4 volte superiore a quello consentito dal limite di Eddington.
Si tratta di un dato molto affascinante per questo enorme “cuore di tenebra”, che può aiutare gli scienziati a comprendere uno dei più grandi misteri dell'astrofisica, ovvero come hanno fatto alcuni buchi neri supermassicci a crescere così rapidamente nell'Universo primordiale. Come indicato, RACS J0320-35 si trova a 12,8 miliardi di anni luce dalla Terra; ciò significa che lo vediamo quando l'Universo aveva appena 950 milioni di anni dall'avvio del Big Bang, il fenomeno che ha innescato l'espansione del cosmo. Alcuni buchi neri supermassicci dell'Universo “bambino” hanno masse miliardi di volte superiori a quella del Sole, una condizione considerata inspiegabile dagli scienziati proprio perché non avrebbero avuto il tempo materiale per accumularla. Lo studio RACS J0320-35, che ha una massa 1 miliardo di volte quella della nostra stella, può supportare gli astrofisici proprio a comprendere come questi oggetti misteriosi hanno fatto a diventare così grandi in così poco tempo.
A descrivere le caratteristiche del vorace buco nero supermassiccio è stato un team di ricerca internazionale guidato da scienziati del Centro di astrofisica dell'Harvard & Smithsonian, che hanno collaborato a stretto contatto con i colleghi di diversi istituti. Fra quelli coinvolti l'Osservatorio Astronomico di Brera dell'INAF (Milano), il Dipartimento di Fisica e Astronomia “Augusto Righi” dell'Università degli Studi di Bologna, l'Università degli Studi dell'Insubria, l'Istituto di Astrofisica e Scienze dello Spazio dell'Università di Lisbona (Portogallo), l'Istituto Max Planck per l'astronomia (Germania) e il NASA Goddard Space Flight Center. Molti dei ricercatori che hanno collaborato sono italiani, compreso l'autore principale dello studio, il dottor Luca Ighina dell' Harvard & Smithsonian.
Il buco nero supermassicio era stato scoperto un paio di anni fa, ma solo grazie alle varie osservazioni di follow-up (soprattutto con il telescopio spaziale Chandra della NASA) è stato possibile definirne le insolite caratteristiche. È proprio dall'analisi dei raggi X emessi dal quasar che i ricercatori hanno determinato che questo gigantesco mostro spaziale sta crescendo a un ritmo incredibilmente elevato. Ora, conoscendo quanto è distante l'oggetto, sappiamo anche che esso era già presente nell'Universo primordiale: noi infatti lo vediamo come era 950 milioni di anni dopo il Big Bang. Dunque, come ha fatto a raggiungere 1 miliardo di masse solari in così poco tempo?
Secondo gli esperti, rientrando nel limite di Eddington, sarebbe dovuto “nascere” con una massa 10.000 volte quella del Sole, il che è impossibile dal collasso di una stella. Un'ipotesi è che possa aver avuto origine direttamente da una massiccia nube di gas, densa e povera di metalli, ma è considerata molto poco probabile. Quella più convincente, secondo gli esperti, è proprio la nascita convenzionale (cioè da collasso stellare) seguita da un accrescimento di Super-Eddington, che come indicato risulta essere 2,4 volte oltre il limite di Eddington.
“È stato un po' scioccante vedere questo buco nero crescere a passi da gigante”, ha affermato in un comunicato stampa il dottor Ighina. Ed è proprio conoscendo alcune delle sue caratteristiche che è stato possibile elaborarne l'evoluzione. “Conoscendo la massa del buco nero e calcolando la sua velocità di crescita, siamo in grado di procedere a ritroso per stimare quanto avrebbe potuto essere massiccio alla nascita”, ha affermato Alberto Moretti, coautore dell'Osservatorio Astronomico di Brera dell'INAF. Confrontando i dati di Chandra con i modelli di crescita di Super-Eddington è stato determinato che questo oggetto può essere spiegato proprio attraverso l'affascinante processo di accrescimento rapido.
È stata anche osservata l'emissione di potenti getti di particelle dal quasar, piuttosto rara in questi oggetti; secondo gli esperti potrebbe essere associata proprio all'anomalo e vigoroso accrescimento del cuore di tenebra. “Se un tasso di accrescimento così elevato venisse confermato, questa fonte costituirebbe un laboratorio unico per studiare l'elevato accrescimento nell'Universo primordiale e potrebbe contribuire a risolvere alcune sfide inerenti ai paradigmi di crescita dei buchi neri primordiali”, hanno chiosato gli autori nell'abstract dello studio. I dettagli della ricerca “X-Ray Investigation of Possible Super-Eddington Accretion in a Radio-loud Quasar at z = 6.13” sono stati pubblicati sul The Astrophysical Journal Letters.
