Gli astronomi hanno scoperto prove del buco nero “occulto” più lontano trovato fino ad oggi, usando l’Osservatorio dei raggi X Chandra della NASA. Questa è la prima volta che viene scoperto un buco nero nascosto dal gas in una fase così precoce della storia del cosmo.

Artist’s conception of the inner engine of a quasar. Credit: ESA/NASA, the AVO project and Paolo Padovani

I buchi neri supermassicci, che sono milioni o miliardi di volte più massicci del nostro Sole, in genere crescono “cibandosi” di materiale da un disco di materia circostante. La rapida crescita genera grandi quantità di radiazioni in una regione molto piccola attorno al buco nero. Gli scienziati chiamano questa fonte estremamente luminosa e compatta un “quasar“.

Secondo le attuali teorie, una densa nuvola di gas alimenta il materiale nel disco che circonda un buco nero supermassiccio durante il suo periodo di crescita precoce, che “nasconde” gran parte della luce brillante del quasar visto dal nostro punto di osservazione. Man mano che il buco nero consuma materiale e diventa più massiccio, il gas nella nuvola si esaurisce, fino a quando il buco nero e il suo disco luminoso non vengono scoperti.

È straordinariamente difficile trovare quasar in questa fase ammantata perché gran parte della loro radiazione viene assorbita e non può essere rilevata dagli strumenti attuali“, ha detto Fabio Vito CAS-CONICYT Fellow presso la Pontificia Universidad Católica de Chile, a Santiago, in Cile, che ha guidato lo studio. “Grazie a Chandra e alla capacità dei raggi X di penetrare nella nuvola oscura, pensiamo di aver finalmente avuto successo.”

La nuova scoperta è nata dalle osservazioni di un quasar chiamato PSO167-13, scoperto per la prima volta da Pan-STARRS, un telescopio a luce ottica sito nelle Hawaii. Osservazioni ottiche da questi e altri sondaggi hanno rilevato che circa 200 quasar risplendevano già quando l’universo aveva meno di un miliardo di anni, o circa il 7% della sua vita attuale. Questi sondaggi sono stati considerati efficaci solo nel trovare buchi neri non oscurati, perché la radiazione che rilevano viene soppressa anche da sottili nuvole di gas e polvere. Dal momento che PSO167-13 faceva parte di tali osservazioni, anche questo quasar non sarebbe stato oscurato.

Il team di Vito ha testato questa idea usando Chandra per osservare PSO167-13 e nove altri quasar scoperti con sondaggi ottici. Dopo 16 ore di osservazione, sono stati rilevati solo tre fotoni di luce a raggi X da PSO167-13, tutti con energie relativamente elevate. Poiché i raggi X a bassa energia vengono assorbiti più facilmente di quelli a energia più elevata, la probabile spiegazione è che il quasar è altamente oscurato dal gas, consentendo di rilevare solo i raggi X ad alta energia. 

Questa è stata una sorpresa completa“, ha detto il co-autore Niel Brandt della Penn State University di University Park, in Pennsylvania. “Era come se ci aspettassimo una falena ma invece abbiamo visto un bozzolo. Nessuno degli altri nove quasar che abbiamo osservato era così nascosto, ed è quello che ci aspettavamo“.

Una svolta interessante per PSO167-13 è che la galassia che ospita il quasar ha una galassia compagna vicina, visibile nei dati precedentemente ottenuti con l’Atacama Large Millimeter Array (ALMA) e il telescopio spaziale Hubble della NASA. A causa della loro stretta separazione e della debolezza della sorgente di raggi X, il team non è stato in grado di determinare se l’emissione di raggi X appena scoperta è associata al quasar PSO167-13 o alla galassia compagna.

Se i raggi X provengono dal quasar, gli astronomi devono sviluppare una spiegazione del perché il quasar appariva molto oscurato dai raggi X ma non dalla luce ottica. Una possibilità è che vi sia stato un grande e rapido aumento del cloaking del quasar durante i tre anni tra quando sono state fatte le osservazioni a raggi X e ottici.

D’altra parte, se invece i raggi X derivano dalla galassia compagna, allora rappresenta il rilevamento di un nuovo quasar in prossimità di PSO167-13. Questa coppia di quasar sarebbe la più distante ancora rilevata.

In uno di questi due casi, il quasar rilevato da Chandra sarebbe stato il più lontano e nascosto mai visto, a 850 milioni di anni dopo il Big Bang. Il precedente detentore del record è stato osservato 1,3 miliardi di anni dopo il Big Bang.

Gli autori hanno in programma di dare seguito a più osservazioni per saperne di più.

Con un’osservazione più lunga di Chandra saremo in grado di ottenere una stima migliore di quanto sia oscurato questo buco nero“, ha detto il co-autore Franz Bauer, anche della Pontificia Universidad Católica del Cile e membro associato del Millenium Institute of Astrophysics, “E fare una identificazione sicura della sorgente di raggi X con il quasar o la galassia compagna.”

Gli autori hanno anche in programma di cercare altri esempi di buchi neri molto oscurati.

Sospettiamo che la maggior parte dei buchi neri supermassicci nell’universo primordiale siano occultati: è quindi fondamentale individuarli e studiarli per capire come potrebbero crescere fino a raggiungere masse di un miliardo di soli così rapidamente“, ha affermato il co-autore Roberto Gilli dell’INAF in Bologna, Italia.

Un documento che descrive questi risultati è accettato per la pubblicazione in Astronomia e Astrofisica ed è disponibile online . Il Marshall Space Flight Center della NASA gestisce il programma Chandra. Il centro radiografico Chandra dell’Osservatorio astrofisico Smithsonian controlla le operazioni scientifiche e di volo da Cambridge, nel Massachusetts.

Fonte: Nasa.gov
Credits: X-ray: NASA/CXO/Pontificia Universidad Catolica de Chile/F. Vito; Radio: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); optical: Pan-STARRS