Il telescopio spaziale James Webb vede piccoli punti rossi che alimentano buchi neri: “Ecco come si risolve un problema che rompe l’universo”
Un’illustrazione mostra il JWST nello spazio accanto alle sue osservazioni di alcune delle prime galassie mai viste, i cosiddetti “piccoli punti rossi”. Gli astronomi potrebbero aver “salvato la cosmologia” raccogliendo il più grande campione mai visto di alcune delle galassie più antiche, i cosiddetti “piccoli punti rossi” osservati dal James Webb Space Telescope (JWST). Il team dietro questa ricerca ha scoperto che la maggior parte delle galassie antiche nel loro campione — che esistevano prima di 1,5 miliardi di anni dopo il Big Bang — sembrano ospitare buchi neri supermassicci che si alimentano rapidamente, o “accreting”. La ricerca dovrebbe mettere fine alle affermazioni che il JWST abbia “rotto la cosmologia” con la sua rilevazione di galassie primordiali sorprendentemente luminose che sembravano contenere più stelle di quanto ci si aspettasse così presto nella storia dell’universo. Invece, questo nuovo sondaggio suggerisce che gran parte della luce proveniente da questi piccoli punti rossi deriva dalle condizioni turbolente generate dai titani cosmici che si nutrono nei loro cuori.
“Siamo sconcertati da questa nuova popolazione di oggetti che il JWST ha trovato. Non vediamo analoghi di essi a redshift più bassi [corrispondenti a distanze minori], motivo per cui non li abbiamo visti prima del JWST,” ha detto il leader del team Dale Kocevski del Colby College in una dichiarazione. “C’è una quantità sostanziale di lavoro in corso per cercare di determinare la natura di questi piccoli punti rossi e se la loro luce è dominata dai buchi neri in accrescimento.”
Vedendo rosso con il JWST
Alla loro scoperta nel 2022, gli astronomi sapevano già che i piccoli punti rossi del JWST rappresentavano un nuovo tipo di galassia mai visto prima. Erano anche perplessi da quanto comuni sembravano essere queste galassie nell’universo primordiale. Il team ha composto il loro grande campione di galassie “piccoli punti rossi” utilizzando dati dai sondaggi JWST CEERS (Cosmic Evolution Early Release Science), JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey), NGDEEP (Next Generation Deep Extragalactic Exploratory Public), e RUBIES (Red Unknowns: Bright Infrared Extragalactic Survey).
Particolarmente importante per questa ricerca sui piccoli punti rossi sono stati i dati del progetto RUBIES. Questo ha rivelato al team che circa il 70 percento delle loro galassie campione mostrava evidenze di gas che vorticano a 2 milioni di miglia all’ora (1.000 chilometri al secondo). Questo è un chiaro segno di una nube appiattita di gas e polvere chiamata disco di accrescimento che alimenta un buco nero supermassiccio in una regione galattica centrale nota come nucleo galattico attivo (AGN).
Le galassie dei piccoli punti rossi devono parte della loro colorazione a un fenomeno chiamato “redshift”. Mentre la luce di una galassia viaggia verso la Terra, l’espansione dell’universo allunga la sua lunghezza d’onda, abbassando simultaneamente la sua frequenza. Questo sposta la luce verso l’estremità “rossa” dello spettro elettromagnetico. Più a lungo viaggia la luce, più estremo è questo effetto di redshift. Pertanto, le galassie antiche sono descritte come “galassie ad alto redshift”.
Dopo aver viaggiato per molti miliardi di anni, la luce si sposta nelle lunghezze d’onda del vicino infrarosso o dell’infrarosso, che sono le lunghezze d’onda che il JWST è progettato per vedere. “La cosa più eccitante per me sono le distribuzioni di redshift. Queste fonti davvero rosse, ad alto redshift, praticamente smettono di esistere a un certo punto dopo il Big Bang,” ha detto il membro del team e ricercatore dell’Università del Texas a Austin Steven Finkelstein. “Se stanno crescendo buchi neri, e pensiamo che almeno il 70% di essi lo sia, questo suggerisce un’era di crescita dei buchi neri oscurati nell’universo primordiale.”
La cosmologia è salva grazie ai buchi neri supermassicci che si nutrono
Potresti aver letto titoli che suggeriscono che “la cosmologia è rotta” da quando il JWST ha iniziato a rilevare questi antichi piccoli punti rossi. Questo perché gli scienziati si sono grattati la testa su come le galassie primordiali siano cresciute fino a contenere popolazioni stellari abbastanza grandi da emettere così tanta luce quando il cosmo di 13,8 miliardi di anni non aveva più del 12% della sua età attuale. Questa scoperta potrebbe aiutare a spiegare quel puzzle.
Gli AGN sono estremamente luminosi a causa della turbolenza creata nei dischi di accrescimento dall’incredibile influenza gravitazionale dei buchi neri supermassicci con masse equivalenti a milioni o miliardi di soli. Pertanto, gran parte della luce proveniente da queste galassie potrebbe provenire dagli AGN alimentati dai buchi neri, non dalle stelle. Ciò significa che la popolazione di stelle nelle piccole galassie rosse non deve essere straordinariamente alta per spiegare la loro luminosità. “Ecco come si risolve il problema che rompe l’universo,” ha detto il membro del team e scienziato dell’Università del Texas a Austin Anthony Taylor.
Questo non significa che tutte le domande sui piccoli punti rossi siano state risolte, tuttavia. Un mistero che persiste è l’assenza di galassie meno redshiftate che assomigliano a questi piccoli punti rossi nell’universo locale. Una possibile spiegazione potrebbe essere la crescita “dall’interno verso l’esterno” delle galassie. La formazione stellare all’interno di una galassia si diffonde dal suo cuore verso le sue periferie. Ciò significa che man mano che una galassia invecchia, le morti di supernova delle stelle depositano sempre meno gas nelle vicinanze del buco nero supermassiccio in accrescimento centrale. Questo significa che nel tempo, l’AGN diventa meno oscurato dal gas e dalla polvere densi circostanti. Man mano che il buco nero perde il suo bozzolo, spingendo via la materia con i potenti getti di plasma che lancia, la galassia diventa più luminosa nelle lunghezze d’onda blu e meno in quelle rosse, perdendo così il suo status di piccolo punto rosso.
A supporto dell’idea dell’oscuramento degli AGN come causa dei piccoli punti rossi è il fatto che queste galassie antiche sono deboli nella luce a raggi X ad alta energia. Questo non è il caso dei buchi neri supermassicci che si nutrono più vicini alla Via Lattea, che sono luminosi nei raggi X. Questo potrebbe essere dovuto al fatto che le dense nubi di gas e polvere sono abili nell’assorbire i raggi X, ostacolando l’emissione di questa luce ad alta energia. Pertanto, la mancanza di raggi X dai piccoli punti rossi potrebbe indicare buchi neri densamente avvolti.
Il team ora seguirà una moltitudine di strade per comprendere meglio le galassie dei piccoli punti rossi. Questo includerà l’esame del loro campione di galassie nella luce del medio infrarosso. Una visione più profonda dei piccoli punti rossi e osservazioni di follow-up attentamente selezionate potrebbero aiutare a risolvere finalmente il mistero di queste sfidanti galassie antiche. “Ci sono sempre due o più modi potenziali per spiegare le proprietà sconcertanti dei piccoli punti rossi,” ha detto Kocevski. “È uno scambio continuo tra modelli e osservazioni, trovando un equilibrio tra ciò che si allinea bene tra i due e ciò che confligge.”
I risultati del team sono stati presentati al 245° incontro della American Astronomical Society a National Harbor, Maryland, martedì (15 gennaio) e sono stati accettati per la pubblicazione nel The Astrophysical Journal.