La comprensione dell’origine dell’universo è sempre stata una questione complessa e affascinante per gli scienziati. Una nuova analisi dei dati raccolti dal Telescopio Spaziale James Webb suggerisce che i buchi neri non solo esistevano all’alba dei tempi, ma hanno anche contribuito alla nascita di nuove stelle e alla formazione accelerata delle galassie. Queste scoperte mettono in discussione le teorie classiche secondo le quali i buchi neri si sarebbero formati dopo le prime stelle e galassie. Invece, potrebbero aver avuto un ruolo determinante nell’accelerare la nascita di nuove stelle durante i primi 50 milioni di anni dell’universo, un periodo effimero nella sua storia di 13,8 miliardi di anni.
Una revisione delle teorie cosmiche
Joseph Silk, professore di fisica e astronomia alla Johns Hopkins University e all’Istituto di Astrofisica di Parigi, Università della Sorbona, afferma che la presenza di buchi neri giganti al centro delle galassie vicino alla nostra Via Lattea era già nota, ma la grande sorpresa è che fossero presenti anche all’inizio dell’universo, fungendo quasi da mattoni o semi per le prime galassie. Questi buchi neri hanno agito come amplificatori giganti della formazione stellare, ribaltando completamente ciò che si pensava possibile prima. Questo potrebbe scuotere profondamente la nostra comprensione di come si formano le galassie. Il lavoro è stato recentemente pubblicato su Astrophysical Journal Letters.
Le galassie lontane dell’universo primordiale, osservate attraverso il telescopio Webb, appaiono molto più luminose di quanto previsto dagli scienziati e rivelano un numero insolitamente elevato di giovani stelle e buchi neri supermassicci, ha detto Silk.
Buchi neri e formazione delle galassie
Secondo il pensiero convenzionale, i buchi neri si sarebbero formati dopo il collasso di stelle supermassicce e le galassie si sarebbero formate dopo che le prime stelle avevano illuminato l’universo oscuro e primordiale. Tuttavia, l’analisi del team di Silk suggerisce che buchi neri e galassie coesistevano e influenzavano il destino reciproco durante i primi 100 milioni di anni. Se l’intera storia dell’universo fosse un calendario di 12 mesi, quegli anni sarebbero come i primi giorni di gennaio, ha detto Silk.
Silk sostiene che i flussi di buchi neri hanno schiacciato le nuvole di gas, trasformandole in stelle e accelerando notevolmente il tasso di formazione stellare. Altrimenti, è molto difficile capire da dove provengano queste galassie luminose, poiché sono tipicamente più piccole nell’universo primordiale. Perché dovrebbero produrre stelle così rapidamente?
Comprendere la meccanica dei buchi neri
I buchi neri sono regioni dello spazio in cui la gravità è così forte che nulla può sfuggire alla loro attrazione, nemmeno la luce. A causa di questa forza, generano potenti campi magnetici che creano tempeste violente, espellendo plasma turbolento e agendo infine come enormi acceleratori di particelle, ha detto Silk. Questo processo è probabilmente il motivo per cui i rilevatori di Webb hanno individuato più di questi buchi neri e galassie luminose di quanto gli scienziati si aspettassero.
Non possiamo vedere direttamente questi venti violenti o getti lontani, ma sappiamo che devono essere presenti perché vediamo molti buchi neri all’inizio dell’universo, ha spiegato Silk. Questi enormi venti provenienti dai buchi neri schiacciano le nuvole di gas vicine e le trasformano in stelle. Questo è l’anello mancante che spiega perché queste prime galassie sono così più luminose di quanto ci aspettassimo.
Il team di Silk prevede che l’universo giovane abbia avuto due fasi. Durante la prima fase, i flussi ad alta velocità provenienti dai buchi neri hanno accelerato la formazione stellare, e poi, in una seconda fase, i flussi si sono rallentati. Qualche centinaio di milioni di anni dopo il big bang, le nuvole di gas si sono collassate a causa delle tempeste magnetiche dei buchi neri supermassicci, e nuove stelle sono nate a un ritmo molto superiore a quello osservato miliardi di anni dopo in galassie normali, ha detto Silk. La creazione di stelle si è rallentata perché questi potenti flussi sono passati in uno stato di conservazione dell’energia, riducendo il gas disponibile per formare stelle nelle galassie.
Implicazioni e ricerche future
Si pensava che all’inizio le galassie si formassero quando una gigantesca nuvola di gas collassava, ha spiegato Silk. La grande sorpresa è che c’era un seme al centro di quella nuvola – un grande buco nero – e questo ha aiutato a trasformare rapidamente la parte interna di quella nuvola in stelle a un ritmo molto superiore a quanto ci aspettassimo. E così le prime galassie sono incredibilmente luminose.
Il team si aspetta che future osservazioni del telescopio Webb, con conteggi più precisi di stelle e buchi neri supermassicci nell’universo primordiale, aiuteranno a confermare i loro calcoli. Silk si aspetta che queste osservazioni aiuteranno anche gli scienziati a mettere insieme ulteriori indizi sull’evoluzione dell’universo.
La grande domanda è: quali sono stati i nostri inizi? Il Sole è una stella tra 100 miliardi nella galassia della Via Lattea, e c’è anche un buco nero massiccio al centro. Qual è la connessione tra i due? entro un anno avremo dati molto migliori, e molte delle nostre domande inizieranno a trovare risposta.
Gli autori includono Colin Norman e Rosemary F. G. Wyse della Johns Hopkins; Mitchell C. Begelman dell’Università del Colorado e del National Institute of Standards and Technology; e Adi Nusser dell’Istituto di Tecnologia di Israele.
Il team è supportato dalla Israel Science Foundation e dall’Asher Space Research Institute, così come da Eric e Wendy Schmidt su raccomandazione del programma Schmidt Futures.
