Un buco nero di un quasar distante è stranamente enorme per la sua galassia

La prima avvistamento di luce stellare proveniente da una galassia che ospita uno dei quasar più distanti conosciuti ha rivelato una stranezza astronomica.

I quasar - i nuclei galattici straordinariamente luminosi - devono la loro brillantezza al calore intenso che si genera quando il gas vortica attorno a un grande buco nero. Il buco nero che alimenta un quasar distante 13 miliardi di anni luce dalla Terra è grande quanto la metà di tutte le stelle intorno ad esso - una quota record per una galassia ospite di un quasar, riferiscono gli astronomi in un articolo inviato il 14 ottobre a arXiv.org.

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Tutti i tentativi precedenti di scorgere la galassia ospitante con il telescopio spaziale Hubble sono falliti. Così gli astronomi hanno preso di mira il James Webb Space Telescope, o JWST, invece (SN: 6/20/23).

Il quasar, chiamato ULAS J1120+0641 e il quarto più distante conosciuto, eclissa la sua galassia più di 100 volte (SN: 6/29/11). "Questo rende molto difficile misurare la [luce] della galassia ospitante," dice il membro del team Mingho Yue, un astronomo al MIT. Ma durante i 13 miliardi di anni in cui la luce del quasar ha viaggiato verso di noi, l'espansione dell'universo ha allungato le onde luminose di più del 700 percento. Perciò, vediamo la luce visibile del quasar a lunghezze d'onda infrarosse, dove il JWST conduce la maggior parte delle sue osservazioni.

I ricercatori scoprono che il buco nero che alimenta il quasar ha una massa 1,4 miliardi di volte quella del sole, in linea con stime precedenti. Quello che è nuovo è la scoperta della galassia ospitante, le cui stelle insieme pesano 2,6 miliardi di masse solari. Questo è un valore basso rispetto alla Via Lattea, la cui massa stellare è di circa 60 miliardi di masse solari. Ma al tempo in cui osserviamo il quasar, circa 750 milioni di anni dopo il Big Bang, tutte le galassie erano giovani e persino la maggior parte delle galassie più grandi aveva meno stelle rispetto ai giganti moderni come la nostra.

Ciò che salta all'occhio è la massa relativa del buco nero: corrisponde al 54 percento della massa stellare della sua galassia, rispetto all'0,1 percento dei buchi neri centrali nelle gigantesche galassie moderne. "Quello significa che la coevoluzione tra buchi neri e le loro galassie ospiti nell'universo primordiale deve essere molto diversa" dalle galassie moderne, dice Yue.

Il astronomo dell'Università di Harvard Avi Loeb è d'accordo. Egli pensa che la radiazione del quasar abbia bloccato la formazione di stelle nella galassia ospitante riscaldando il suo gas (SN: 8/16/24). Per collassare e creare stelle, il gas interstellare deve essere freddo; altrimenti, la spinta verso l'esterno della pressione termica impedisce al gas di collassare in nuove stelle. "Se dovessi indovinare," dice, "il gas non è abbastanza freddo da fare molte stelle."

Il quasar si spegnerà nel futuro, dice Loeb. Poi il gas nella galassia circostante può raffreddarsi e creare stelle, facendo crescere la massa stellare della galassia. Se potessimo vedere la galassia come è oggi, la massa del suo buco nero rispetto alla sua massa stellare potrebbe benissimo corrispondere a quella delle gigantesche galassie vicine a noi.

Sfortunatamente, dice Yue, il nuovo lavoro non affronta il mistero di come questi enormi buchi neri siano cresciuti così tanto così presto dopo il Big Bang (SN: 1/18/21). Ma le osservazioni mostrano un'altra galassia che collide con quella che ospita il quasar. La collisione probabilmente fa scorrere gas nel buco nero, aumentandone ancora di più la massa e accendendo il quasar in modo che gli astronomi possano vederlo attraverso una distanza così vasta.