Quando il telescopio James Webb ha osservato per la prima volta i misteriosi Piccoli Punti Rossi nell’universo primordiale, gli astronomi sono rimasti increduli. Questi strani oggetti, hanno realizzato, erano distanti, luminosi e stranamente, inaspettatamente, sconcertantemente rossi. Questo è un enigma perché le stelle giovani sono blu e diventano rosse solo più tardi nella vita, quando hanno diversi miliardi di anni. Ma questi oggetti si sono formati circa 900 milioni di anni dopo il Big Bang e quindi non potevano essere fatti di stelle così vecchie. In ogni caso, le stelle non sono in grado di generare così tanta luce, nemmeno collettivamente. Ancora più sconcertante, questi Piccoli Punti Rossi sembrano scomparire rapidamente dall’universo primordiale. Il JWST ne ha trovati pochissimi dopo che l’universo ha raggiunto la veneranda età di circa 1,5 miliardi di anni. Spiegare questi punti è diventata una delle sfide chiave per gli astrofisici. È emerso un consenso che i Piccoli Punti Rossi debbano essere un tipo di Nuclei Galattici Attivi, regioni centrali compatte delle galassie che generalmente emettono enormi quantità di energia attraverso l’intero spettro elettromagnetico. Gli astronomi sanno che gli AGN altrove nell’universo sono alimentati da buchi neri supermassicci che divorano il gas denso, la polvere e le stelle che si trovano al centro delle galassie, emettendo nel processo radiazioni attraverso lo spettro. Ma i Piccoli Punti Rossi sono diversi perché, beh, sono rossi. Come mai?
Ora abbiamo una sorta di risposta grazie al lavoro di Kohei Inayoshi presso il Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics di Pechino, che propone una spiegazione audace per l’origine e il destino di questa anomalia cosmica. Inayoshi sostiene che i Piccoli Punti Rossi sono i primi vagiti dei buchi neri — brevi, turbolenti episodi che segnano le prime esplosioni di crescita dei buchi neri “seme” appena formati. Se corretto, questa intuizione rimodellerà la nostra comprensione delle prime fasi dell’evoluzione dei buchi neri e aprirà una nuova finestra sull’alba della struttura cosmica.
La scoperta dei Piccoli Punti Rossi è stata una delle rivelazioni più affascinanti del JWST. A differenza dei tipici Nuclei Galattici Attivi, che sono estremamente luminosi e spesso hanno grandi galassie ospiti, i Piccoli Punti Rossi sono piccoli — meno di 100 parsec di dimensione — e dominati da ampie linee di emissione sovrapposte a un continuum rosso. Queste caratteristiche suggeriscono che sono avvolti nella polvere, che tende a emettere luce rossa, con altra luce che filtra attraverso. Ma ciò che ha davvero catturato l’attenzione degli astronomi è quanto comuni sembravano essere — diversi ordini di grandezza più comuni dei quasar, che sono una forma comune di AGN nell’universo più vecchio. Ciò significa che i Piccoli Punti Rossi potrebbero essere il tipo dominante di AGN nell’universo primordiale e alla fine evolversi in quasar man mano che invecchiano.
Curiosamente, i Piccoli Punti Rossi sono più comuni a redshift z ~ 6–8 — quando l’universo aveva meno di un miliardo di anni — ma il loro numero cala bruscamente sotto z ~ 4 quando l’universo ha circa 1,5 miliardi di anni. L’intuizione chiave di Inayoshi è che questo schema è un indizio importante sulla natura dei Piccoli Punti Rossi. La sua proposta è che i Piccoli Punti Rossi siano i primi uno o due episodi di accrescimento di un buco nero appena formato. In altre parole, sono i primi vagiti dei buchi neri. Nessuno sa esattamente come si siano formati questi primi buchi neri, ma la migliore ipotesi è che si formino durante il collasso di dense nubi di gas primordiale nell’universo primordiale. Questo processo li lascia al centro di ambienti eccezionalmente ricchi di gas freddo. Mentre questo gas si incanala nel buco nero, esso cresce ed emette radiazioni brevemente mentre il gas freddo circostante assorbe e filtra gran parte di questa luce. “Le caratteristiche uniche dei Piccoli Punti Rossi sono probabilmente legate agli ambienti di gas denso intorno ai buchi neri seme, che creano forti caratteristiche di assorbimento,” dice Inayoshi.
In questi primi episodi, il buco nero cresce esponenzialmente. Un piccolo seme che è 10.000 volte la massa del nostro sole può gonfiarsi fino a circa 10 milioni di masse solari in pochi milioni di anni. Ma dopo questo inizio esplosivo, il serbatoio di gas circostante si esaurisce o viene spazzato via dalle radiazioni e dai venti, interrompendo l’approvvigionamento di carburante. Il buco nero entra in una fase di crescita più stabile e tranquilla, e il Piccolo Punto Rosso svanisce. Questo spiega perché questi oggetti diventano così rari man mano che l’universo invecchia. La maggior parte di essi semplicemente evolve in AGN ordinari o buchi neri dormienti. “Dopo questi episodi iniziali di accrescimento, le caratteristiche dei Piccoli Punti Rossi svaniscono e gli oggetti si trasformano in AGN normali,” conclude Inayoshi.
Una delle implicazioni più intriganti di questo lavoro è ciò che rivela sulla formazione dei buchi neri stessi, un argomento di grande interesse per gli astronomi. Le condizioni che producono i Piccoli Punti Rossi — gas denso, basso momento angolare e rapido raffreddamento — sono coerenti con il cosiddetto modello del “seme pesante”. In questo scenario, i buchi neri si formano non dalle stelle, ma direttamente dal collasso del gas, specialmente nelle regioni sovradense. Un’idea alternativa è che la materia oscura possa essere la ragione dell’insolita compattezza dei Piccoli Punti Rossi, che non hanno galassie ospiti visibili. Secondo questo pensiero, una regione di materia oscura concentrata potrebbe portare al collasso delle nubi di polvere senza una significativa formazione stellare, producendo un buco nero prima che una galassia si formi completamente.
In entrambi i casi, i Piccoli Punti Rossi potrebbero essere il primo segnale visibile di un buco nero che si forma in una parte dell’universo precedentemente invisibile. “[I Piccoli Punti Rossi] preservano informazioni cruciali sulla formazione dei buchi neri seme e sulle loro prime fasi di crescita rapida,” dice Inayoshi. Questo è un lavoro interessante che trasforma il mistero dei Piccoli Punti Rossi in una potente intuizione su una delle grandi domande dell’astronomia: come iniziano i buchi neri? Questi piccoli bagliori rossi, catturati dal JWST, potrebbero essere i fugaci echi primordiali dei primi mostri gravitazionali dell’universo che si risvegliano per la prima volta.