Gli astronomi del MIT e di altre istituzioni hanno rilevato l’oscillazione di un quasar fin dall’alba cosmica, appena 850 milioni di anni dopo il Big Bang. Questa è la prima volta che viene osservato un quasar lampeggiante così antico, permettendoci di mappare la struttura del disco di gas e polvere attorno a un buco nero supermassiccio primordiale.
L’oggetto, noto come J0439+1634, brilla con un’intensità equivalente a 12 trilioni di soli e presenta variazioni fino al 20% nella sua luminosità, l’equivalente di 2 trilioni di soli. L’analisi della scintillazione ha mostrato che il disco di accrescimento è sorprendentemente sottile e piatto, simile a quello dei quasar più recenti e vicini.
Buchi neri supermassicci nell’universo primordiale
Ogni galassia ospita al suo centro un buco nero supermassiccio. Quando è attivo, attrae gas e polvere ad alta temperatura, formando un disco di accrescimento che rilascia un’enorme energia, oscurando la luce della galassia circostante. I quasar sono gli esempi più luminosi di questo processo.
Gli scienziati presumevano che buchi neri così massicci avrebbero impiegato più di un miliardo di anni per formarsi e stabilizzarsi. Tuttavia, le osservazioni effettuate a partire dai primi anni 2000 hanno identificato più di 200 buchi neri supermassicci nel primo miliardo di anni dell’universo, molti dei quali in una fase quasar attiva.
Prima oscillazione catturata all’alba cosmica
Fino ad ora i quasar primordiali apparivano solo come punti luminosi distanti. Senza catturare le variazioni, era difficile comprendere la struttura interna e l’ambiente attorno ai buchi neri.
Il team guidato da Gene Leung, ricercatore post-dottorato presso il MIT Kavli Institute, e Anna-Christina Eilers, assistente professore di fisica al MIT, ha superato la sfida tecnica dell’osservazione dell’universo lontano. La luce proveniente da questi oggetti viene allungata dall’espansione cosmica, richiedendo dati infrarossi raccolti per lunghi periodi.
Hanno utilizzato informazioni rielaborate dalla missione NEOWISE della NASA, che ha scansionato il cielo per circa 14 anni. Il segnale tremolante in modo casuale, simile alla fiamma di una candela, è stato confermato come il più antico quasar lampeggiante mai registrato.
Il disco piatto sfida le aspettative di instabilità iniziale
La forma appiattita del disco di accrescimento suggerisce che il buco nero fosse già in uno stato relativamente maturo, anche se così presto nella storia del cosmo. Ciò contrasta con l’idea che i sistemi primordiali sarebbero più caotici e gonfiati.
“Questa scoperta indica che le fasi di crescita rapida e caotica si verificano molto presto, prima di vedere i quasar alla loro massima luminosità”, ha spiegato Eilers. Leung ha aggiunto che qualcosa deve essere successo anche prima perché questi sistemi apparissero così maturi.
L’analisi a diverse lunghezze d’onda ha permesso di mappare la temperatura e la struttura del materiale nel disco, confermando processi di alimentazione simili a quelli osservati nei moderni quasar.
Cosa rivela la scoperta sulla formazione delle galassie
I buchi neri supermassicci agiscono come motori centrali delle galassie, regolando la formazione stellare e la crescita strutturale. Senza di loro, le galassie non avrebbero l’aspetto che hanno.
Il rilevamento apre la strada a studi più approfonditi sulle condizioni che hanno permesso a questi giganti di emergere rapidamente. Il team prevede di guardare ancora più indietro nel tempo per catturare le prime fasi dello sviluppo dei quasar.
