Un Buco Nero Nascosto nel Cosmo Primordiale

11 Ago 2019 Un Buco Nero Nascosto nel Cosmo Primordiale

Utilizzando l’osservatorio a raggi X Chandra della NASA, gli astronomi hanno scoperto il più lontano buco nero supermassiccio nelle prime fasi della crescita, ancora avvolto da una densa nube gassosa che alimenta il suo frenetico appetito. Il quasar PSO167-13 risale ad appena 850 milioni di anni dopo il Big Bang.

I buchi neri supermassicci, con masse tra milioni e miliardi di volte quella del Sole, crescono tipicamente divorando materiale da un disco circostante. Una crescita rapida genera grandi quantità di radiazione in una regione molto piccola attorno al buco nero. Gli scienziati chiamano quasar questa sorgente estremamente brillante e compatta. Secondo le attuali teorie, una densa nube gassosa alimenta di materiale il disco di accrescimento durante il periodo di crescita iniziale del buco nero gigante, quando la nube nasconde gran parte della luce brillante del quasar alla nostra vista. Man mano che il buco nero consuma materiale e diventa più massiccio, il gas nella nube diminuisce in quantità, fino a che si rivelano il buco nero e il suo disco brillante.

“È una sfida straordinaria scoprire quasar in questa fase oscurata perché una gran quantità della loro radiazione viene assorbita e non può essere rilevata dagli strumenti attuali”, spiega Fabio Vito della Pontificia Universidad Católica de Chile a Santiago, a guida dello studio. “Grazie a Chandra e alla capacità dei raggi X di penetrare attraverso la nube oscurante, pensiamo di essere finalmente riusciti nell’impresa”. La nuova scoperta deriva da osservazioni di un quasar chiamato PSO167-13, scoperto per la prima volta da Pan-STARRS, un telescopio ottico alle Hawaii. Osservazioni precedenti nell’ottico avevano rilevato circa 180 quasar già brillanti quando l’Universo aveva meno di un miliardo di anni, o circa l’8 percento della sua età attuale.

Si riteneva che queste osservazioni scoprissero solo buchi neri non più oscurati, perché la radiazione rilevata nell’ottico viene assorbita persino da nubi sottili di gas e polveri. Dal momento che PSO167-13 faceva parte di queste osservazioni, ci si aspettava che anche questo fosse un quasar non oscurato. Il team di Vito si è posto l’obiettivo di testare questa ipotesi utilizzando Chandra per osservare PSO167-13 e altri nove quasar scoperti nell’ottico. Dopo 16 ore di osservazioni, sono state rilevate 3 particelle di raggi X da PSO167-13, tutte con energie relativamente alte. Dal momento che i raggi X a bassa energia vengono assorbiti più facilmente rispetto a quelli a energia più alta, la spiegazione più probabile è che il quasar sia notevolmente oscurato da gas, che permette soltanto la rilevazione di raggi X ad alta energia.

“È stata una completa sorpresa”, ha detto il coautore Niel Brandt della Penn State University. “È stato come aspettarsi una farfalla per poi vedere invece un bozzolo. Nessuno degli altri 9 quasar osservati era oscurato, come ci aspettavamo”. Tuttavia, la galassia che ospita PSO167-13 ha una compagna vicina, visibile in immagini precedenti dell’Atacama Large Millimeter Array (ALMA) e del telescopio Hubble. A causa della loro distanza ridotta e dalla debolezza della sorgente di raggi X, il team non è stato in grado di determinare se l’emissione appena scoperta sia associabile al quasar PSO167-13 o alla galassia compagna.

Nell’immagine una visione della regione nell’ottico di PanSTARRS e negli inserti le immagini di Chandra e ALMA della zona attorno a PSO167-13 Credit: X-ray: NASA/CXO/Ponticifca Catholic Univ. of Chile/F. Vito; Radio: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); Optical: PanSTARRS

Se risulterà che i raggi X provengono dal quasar noto, gli astronomi si ritroveranno nella necessità di spiegare perché il quasar è apparso assai oscurato nei raggi X ma non in luce ottica. Una possibilità è che durante i tre anni intercorsi tra le osservazioni nell’ottico e quelle nei raggi X l’oscuramento del quasar sia rapidamente e considerevolmente aumentato. D’altro canto, se invece la sorgente dei raggi X fosse nella galassia compagna, si tratterebbe dell’individuazione di un altro quasar vicino a PSO167-13: in questo secondo caso la coppia di quasar potrebbe rivelarsi la più distante mai individuata.

In ogni caso, l’oggetto individuato da Chandra è il più distante quasar oscurato mai scoperto, risalente ad appena 850 milioni di anni dopo il Big Bang. Gli autori intendono effettuare ulteriori osservazioni per ottenere stime migliori dell’oscuramento del buco nero e identificare con maggiore accuratezza la sorgente della radiazione in banda X.  “Abbiamo il sospetto che la maggioranza dei buchi neri supermassicci nel giovane Universo siano oscurati: è pertanto fondamentale rilevarli e studiare come possano arrivare a crescere fino ad avere masse di miliardi di soli così rapidamente”, conclude Roberto Gilli dell’INAF, coautore dello studio in via di pubblicazione su Astronomy and Astrophysics.

Nell’immagine rappresentazione artistica di uno spesso toro di polveri che oscura i processi che avvengono nei pressi di un buco nero supermassiccio
Credit: NASA/SOFIA/Lynette Cook

http://chandra.si.edu/press/19_releases/press_080819.html

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