“Stiamo per imparare qualcosa di nuovo”: il mistero delle galassie “Little Red Dot” diventa ancora più strano
Un nuovo studio preprint ha esaminato più da vicino le galassie “Little Red Dot” scoperte nell’universo primordiale, potenzialmente complicando ulteriormente il mistero che le circonda. Il JWST ha permesso agli astronomi di guardare più indietro nel passato rispetto a qualsiasi altro telescopio a infrarossi o ottico, osservando la luce infrarossa emessa da galassie lontane solo 300 milioni di anni dopo il Big Bang. Con il telescopio a infrarossi, speravamo di imparare di più sulla formazione delle galassie, oltre a chiarire i misteri su come i buchi neri supermassicci siano diventati così grandi. Ma ci sono state alcune sorprese mentre guardavamo più indietro nel passato.
Una di queste sorprese sono i piccoli punti luminosi rossi che sembrano essere disseminati nell’universo primordiale, circa 600-800 milioni di anni dopo la sua nascita, che sono diventati noti come galassie Little Red Dot. Quando sono state rilevate e analizzate per la prima volta, gli astronomi credevano che potessero essere galassie massicce. Ma questo era in contrasto con il modo in cui i modelli cosmologici si aspettano che le galassie si formino – come piccole nuvole di polvere e stelle che crescono più grandi nel corso di lunghi periodi di tempo.
“La rivelazione che la formazione di galassie massicce è iniziata estremamente presto nella storia dell’universo sconvolge ciò che molti di noi pensavano fosse scienza consolidata,” ha spiegato Joel Leja, professore assistente di astronomia e astrofisica alla Penn State, in una dichiarazione successiva alle prime osservazioni. “Abbiamo chiamato informalmente questi oggetti ‘rompi-universo’ – e finora hanno mantenuto il loro nome.”
Ovviamente, vedendo oggetti che potrebbero sconvolgere i nostri modelli di formazione delle galassie, il team voleva essere sicuro di ciò che stava vedendo, e mirava a prendere immagini spettrali di queste galassie per avere un’idea migliore della distanza delle galassie, di cosa sono fatte e di quanto siano veramente massicce. Dopo quell’analisi, hanno scoperto che questi oggetti sono davvero piuttosto strani, e in diversi modi.
Nonostante abbiano solo 600-800 milioni di anni, le galassie sembrano essere piene di stelle antiche, vecchie di centinaia di milioni di anni. Ma c’è un mistero più grande da risolvere. Quel team ha stimato che le galassie hanno buchi neri supermassicci sorprendentemente grandi al loro centro, tra 100 e 1.000 volte più grandi di Sagittarius A* al centro della Via Lattea. Questo è troppo grande per la galassia che le circonda, secondo i nostri modelli attuali. Se la galassia fosse compressa alle dimensioni della Via Lattea, il team ha detto che la stella più vicina sarebbe appena fuori dal nostro Sistema Solare, e il buco nero supermassiccio al centro sarebbe a soli 26 anni luce dalla Terra, visibile come un enorme pilastro di luce.
“Normalmente i buchi neri supermassicci sono accoppiati con le galassie,” ha detto Leja in una dichiarazione del 2024. “Crescono insieme e attraversano tutte le loro principali esperienze di vita insieme. Ma qui, abbiamo un buco nero adulto completamente formato che vive all’interno di quella che dovrebbe essere una galassia neonata. Questo non ha davvero senso, perché queste cose dovrebbero crescere insieme, o almeno così pensavamo.”
Nell’universo recente, i buchi neri supermassicci costituiscono circa lo 0,01 percento della massa complessiva della galassia. In queste galassie red dot dell’universo primordiale, secondo un nuovo studio che non è ancora stato sottoposto a revisione paritaria, i buchi neri supermassicci sembrano costituire circa il 10 percento della massa complessiva delle galassie, collocandoli all’estremità superiore della scala del “che diavolo sta succedendo qui?”.
“Nello scenario più estremo, questo implicherebbe che i buchi neri sono 1.000 volte troppo pesanti,” ha detto Jorryt Matthee, uno scienziato dell’Istituto di Scienza e Tecnologia Austria e leader del nuovo team, a Space.com. I cosmologi vorrebbero, ovviamente, sapere come questi buchi neri siano diventati così grandi. Ci sono state diverse teorie, tra cui fusioni di buchi neri, e che i buchi neri siano cresciuti nutrendosi. Questi buchi neri primordiali, e altri scoperti dal JWST, sembrano essere troppo grandi per essere spiegati da queste idee, anche se sembra possibile che i buchi neri possano indulgere in un’alimentazione super-Eddington, che potrebbe in parte spiegare la loro massa gigantesca.
Un’altra idea è quella dei buchi neri a “collasso diretto” o “seme pesante”. Di solito, per ottenere un buco nero di massa stellare (nell’epoca attuale dell’universo), una stella subisce un collasso. Con i buchi neri a seme pesante, l’idea è che i buchi neri supermassicci avrebbero iniziato con circa 10.000 a 100.000 masse solari, attraverso il collasso gravitazionale diretto di enormi nubi di gas, senza una fase stellare intermedia.
Ci sono alcune cose che potrebbero rendere improbabile anche questo scenario. La nube di gas dovrebbe collassare senza frammentarsi e formare grumi mentre lo fa, anche se gli astronomi hanno suggerito che questo potrebbe essere impedito se la nube è riscaldata da stelle giovani vicine in dischi di gas pre-galattici, o se la nube di gas si stava muovendo a velocità supersoniche in “flussi” nell’universo primordiale, permettendole di crescere più a lungo fino a quando la gravità non era sufficiente per iniziare il collasso della nube in un buco nero seme.
Per ora, non sappiamo davvero come si siano formate queste galassie Little Red Dot, e dovremo aspettare ulteriori osservazioni e più lavoro teorico. Ma questo non è necessariamente un male. “Piuttosto che dire che questa scoperta è ‘preoccupante’, direi che è ‘promettente’,” ha aggiunto Matthee, “poiché la grande discrepanza suggerisce che stiamo per imparare qualcosa di nuovo.”
Il nuovo studio è stato sottoposto all’Astrophysical Journal ma non è ancora stato sottoposto a revisione paritaria. Il preprint è stato pubblicato su arXiv.