Il buco nero più antico è iperattivo, “mangia” più velocemente di quanto dovrebbe

Pesa un milione di masse solari

Il buco nero più antico è iperattivo, “mangia” più velocemente di quanto dovrebbe

Ieri, 21 gennaio 2024 | 07:10

Ma ciò che sorprende è che questo buco nero, che pesa circa un milione di masse solari, sta “mangiando” più velocemente di quanto dovrebbe: divorando la materia supera di cinque volte il cosiddetto limite di Eddington, riferisce il team su Nature. . Ciò potrebbe spiegare come mai i primi giganti gravitazionali fossero in grado di diventare così potenti così rapidamente.

È uno dei grandi misteri dell'astronomia: le osservazioni mostrano che nell'universo primordiale c'erano buchi neri sorprendentemente massicci. Già circa 700 milioni di anni dopo il Big Bang esistevano più quasar 1,5 miliardi di masse solari . E anche di più Buchi neri più vecchi Dopotutto, pesavano già diversi milioni di masse solari. Ma come hanno fatto a diventare così grandi così in fretta? Secondo la teoria attuale, i buchi neri supermassicci si formano attraverso la crescita graduale delle stelle progenitrici che si sono formate nelle supernove.

Ma il tasso di accrescimento – la velocità con cui un buco nero di questo tipo divora materia – è limitato da quello che viene chiamato limite di Eddington. Il tempo trascorso dal Big Bang è stato in realtà troppo breve perché si potessero formare buchi neri così massicci. Come potevano i primi giganti crescere così velocemente? Possibili spiegazioni alternative per questo sono la fusione di diversi buchi neri per formare “piantine di buchi” intermedi o il collasso di massicce nubi di gas. Viene discusso anche l'accumulo oltre il limite di Eddington.

Galaxy GN-z11: firma spettrale di un buco nero

Ora gli astronomi guidati da Roberto Maiolino dell’Università di Cambridge hanno scoperto un altro dei primi giganti gravitazionali: il buco nero più distante e più antico mai visto. L'hanno scoperto nella lontana galassia GN-z11. Questo esisteva circa 400 milioni di anni dopo il Big Bang ed era già stato osservato nelle immagini di Hubble per la sua insolita luminosità. Per chiarire la fonte di questa luminosità, il team ha ora analizzato la luce emessa da GN-z11 utilizzando lo spettrografo NIRSpec sul telescopio James Webb.

Risultato: lo spettro mostrava diverse linee spettrali che indicavano la presenza di un buco nero attivo al centro di GN-z11. Un indicatore di questo nucleo galattico attivo (AGN) era la doppia linea spettrale del neon ionizzato (Ne-IV). “NeIV è un evidente tracciante di nuclei galattici attivi, perché questa linea richiede fotoni con energie superiori a 63,5 MeV”, spiegano Maiolino e i suoi colleghi. È stata anche in grado di identificare la linea del carbonio tipica dell'AGN.

Insolitamente enorme e molto pesante per la sua età

Pertanto, la galassia GN-z11 deve contenere un buco nero attivo. Questo esisteva 400 milioni di anni dopo il Big Bang, rendendolo il più antico buco nero conosciuto fino ad oggi, riferiscono gli astronomi. Si stima che la dimensione di questo primo gigante gravitazionale fosse di circa un milione di masse solari. Ciò significa che è già straordinariamente enorme. Ciò solleva la questione di come questo antico gigante sia riuscito a diventare così potente così rapidamente.

Una possibile indicazione di ciò è la radiazione emessa dal gigante primordiale. Come hanno stabilito gli astronomi, la sua luminosità corrisponde ad una massiccia produzione di energia pari a 10 alla potenza di 45 erg al secondo. “Una tale luminosità sarebbe un fattore cinque volte superiore al limite di Eddington”, hanno detto. Se confermato, questo primo buco nero dovrebbe divorare più materia cinque volte più velocemente del limite superiore teoricamente ipotizzato per l’accrescimento.

La crescita supera il limite di Eddington?

“Tale superaccrescimento di Eddington è uno degli scenari proposti per la rapida crescita dei buchi neri supermassicci nell’universo primordiale”, spiegano Maiolino e i suoi colleghi. Di conseguenza, tali primi oggetti potrebbero superare il limite di Eddington, almeno per un certo periodo. Di conseguenza, il nucleo attivo della stella GN-z11 avrebbe assorbito abbastanza materiale in poche centinaia di milioni di anni per passare da un buco nero stellare alle dimensioni osservate.

Ciò avrà tuttavia conseguenze durature per la galassia che ospita il nucleo galattico “iperattivo”: l’intensa radiazione del buco nero spinge fuori dalla galassia una parte significativa del mezzo interstellare – e con esso la fornitura di gas da cui nascono nuove stelle. emergerà. un'altra forma. Di conseguenza, la formazione stellare si ferma in gran parte e la galassia rimane relativamente piccola. Infatti, presso GN-z11, gli astronomi hanno rilevato i primi segni di un forte calo nel tasso di formazione stellare.

Spiegazione della luminosità insolita

Ma la scoperta del buco nero iperattivo potrebbe risolvere un altro mistero: l’insolita luminosità di GN-z11 e di altre galassie primordiali. “Lo scenario AGN fornisce una spiegazione naturale per l’eccezionale luminosità di GN-z11”, hanno scritto i ricercatori. Se i buchi neri centrali di queste galassie divorano più materia del previsto, anche la loro emissione di radiazioni sarà maggiore. Ciò, a sua volta, potrebbe spiegare l’elevata luminosità di tali galassie. (Natura, 2024; doi: 10.1038/s41586-024-07052-5)

Fonte: Natura, Università di Cambridge

Scritto da Nadia Podbrigar