La nascita dei buchi neri supermassicci primordiali

La nascita dei buchi neri supermassicci primordiali

Un team internazionale di ricercatori ha utilizzato con successo una simulazione per ricreare la formazione di un massiccio buco nero in un processo che vede coinvolti flussi di gas supersonico generati in seguito al Big Bang. Lo studio, pubblicato su Science, dimostra che un buco nero di questo tipo potrebbe essere il seme per la nascita e lo sviluppo dei buchi neri supermassicci più grandi e più antichi individuati nell’Universo.

“Si tratta di un progresso significativo. L’origine dei buchi neri di taglia mostruosa è rimasta un mistero da lungo tempo e ora abbiamo una soluzione”, afferma Naoki Yoshida del Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the universe (Kavli IPMU). Recenti scoperte di questi buchi neri supermassicci localizzati a 13 miliardi di anni luce di distanza, corrispondenti a quando l’Universo aveva il 5 percento della sua età attuale, pongono una seria sfida per le teorie di formazione ed evoluzione dei buchi neri. I meccanismi fisici che guidano la nascita e la crescita dei buchi neri non sono ancora pienamente compresi e non è chiaro come questi antichi mostri cosmici possano aver raggiunto tanto rapidamente masse così considerevoli.

Studi teorici hanno suggerito che simili buchi neri si siano formati dalla morte delle prime generazioni di stelle o da collasso gravitazionale diretto di una nube gassosa massiccia primordiale. Tuttavia queste teorie incontrano difficoltà per la rapidità con cui dovrebbero essersi formati questi enormi buchi neri o richiedono condizioni molto particolari. Yoshida e Shingo Hirano hanno identificato un processo fisico promettente, in base al quale un buco nero supermassiccio potrebbe formarsi con la rapidità necessaria.

La chiave è stata incorporare l’effetto dei moti di gas supersonici rispetto alla materia oscura. Le simulazioni del team hanno dimostrato che un addensamento massiccio di materia oscura si è formato quando l’Universo aveva solo 100 milioni di anni. Secondo il team flussi di gas supersonici generati in seguito al Big Bang furono indotti dalla materia oscura a formare una nube gassosa densa e turbolenta. All’interno una protostella iniziò a formarsi e dal momento che il gas circostante fornì sufficiente materiale per alimentarla, la stella riuscì a diventare estremamente grande in un breve periodo di tempo senza rilasciare molta radiazione.

“Una volta raggiunta la massa di 34.000 masse solari, la stella collassò sotto la sua stessa gravità, lasciandosi dietro un massiccio buco nero. Questi buchi neri massicci nati nell’Universo primordiale hanno continuato a crescere e si sono fusi insieme fino a diventare un buco nero supermassiccio”, ha chiarito Yoshida.

I risultati dello studio, pubblicato su Science, saranno importanti per future ricerche sulla crescita dei buchi neri massicci, in special modo man mano che questi verranno individuati presumibilmente in numero sempre maggiore e a grandi distanze dopo il lancio del telescopio James Webb.
[ Barbara Bubbi ]

https://phys.org/news/2017-09-supersonic-gas-streams-left-big.html

Credit: NASA/JPL-Caltech