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Il quasar, chiamato J0313-1806, è visto com’era quando l’Universo aveva solo 670 milioni di anni e sta fornendo agli astronomi preziose informazioni su come le galassie massicce-e i buchi neri supermassicci al loro nucleo-si formarono nell’universo primordiale. Gli scienziati hanno presentato le loro scoperte alla riunione dell’American Astronomical Society, ora in corso virtualmente, e in un documento accettato all’Astrophysical Journal Letters.
La nuova discovery batte il precedente record di distanza per un quasar stabilito tre anni fa. Osservazioni con l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Cile hanno confermato la misurazione della distanza ad alta precisione.
I quasar si verificano quando la potente gravità di un buco nero supermassiccio al centro di una galassia attira materiale circostante che forma un disco orbitante di materiale surriscaldato attorno al buco nero. Il processo rilascia enormi quantità di energia, rendendo il quasar estremamente luminoso, spesso eclissando il resto della galassia.
Il buco nero al centro di J0313-1806 è due volte più massiccio di quello del precedente detentore del record e questo fatto fornisce agli astronomi un prezioso indizio su tali buchi neri e il loro effetto sulle loro galassie ospiti.
“Questa è la prima prova di come un buco nero supermassiccio stia influenzando la galassia intorno ad esso”, ha detto Feige Wang, un Hubble Fellow presso l’Osservatorio Steward dell’Università dell’Arizona e leader del team di ricerca. “Dalle osservazioni di galassie meno distanti, sappiamo che questo deve accadere, ma non abbiamo mai visto accadere così presto nell’Universo.”
L’enorme massa del buco nero di J0313-1806 in un momento così precoce nella storia dell’Universo esclude due modelli teorici per come si sono formati tali oggetti, hanno detto gli astronomi. Nel primo di questi modelli, singole stelle massicce esplodono come supernove e collassano in buchi neri che poi si fondono in buchi neri più grandi. Nel secondo, densi ammassi di stelle collassano in un enorme buco nero. In entrambi i casi, tuttavia, il processo richiede troppo tempo per produrre un buco nero massiccio come quello in J0313-1806 dall’età in cui lo vediamo.
“Questo ti dice che non importa quello che fai, il seme di questo buco nero deve essere formato da un meccanismo diverso”, ha detto Xiaohui Fan, anche dell’Università dell’Arizona. “In questo caso, è un meccanismo che coinvolge grandi quantità di gas idrogeno freddo primordiale che collassano direttamente in un buco nero di semi.”
Le osservazioni di ALMA di J0313-1806 hanno fornito dettagli allettanti sulla galassia ospite di quasar, che sta formando nuove stelle ad una velocità 200 volte quella della nostra Via Lattea. “Questo è un tasso di formazione stellare relativamente alto in galassie di età simile, e indica che la galassia ospite di quasar sta crescendo molto velocemente”, ha detto Jinyi Yang, il secondo autore del rapporto, che è un Peter A. Strittmatter Fellow presso l’Università dell’Arizona.
La luminosità del quasar indica che il buco nero sta inghiottendo l’equivalente di 25 Soli ogni anno. L’energia rilasciata da quella rapida alimentazione, hanno detto gli astronomi, probabilmente sta alimentando un potente deflusso di gas ionizzato visto muoversi a circa il 20 per cento della velocità della luce.
Si pensa che tali deflussi siano ciò che alla fine blocca la formazione stellare nella galassia.
“Pensiamo che quei buchi neri supermassicci siano stati il motivo per cui molte delle grandi galassie hanno smesso di formare stelle ad un certo punto”, ha detto Fan. “Osserviamo questa” tempra ” in tempi successivi, ma fino ad ora non sapevamo quanto presto questo processo sia iniziato nella storia dell’Universo. Questo quasar è la prima prova che la tempra potrebbe essere avvenuta in tempi molto precoci.”
Anche questo processo lascerà il buco nero senza più nulla da mangiare e fermerà la sua crescita, ha sottolineato Fan.
Oltre ad ALMA, gli astronomi hanno utilizzato il Magellan Baade telescope di 6,5 metri, il Gemini North telescope e l’osservatorio WM Keck alle Hawaii e il Gemini South telescope in Cile.
Gli astronomi intendono continuare a studiare J0313-1806 e altri quasar con telescopi terrestri e spaziali.
Il National Radio Astronomy Observatory è una struttura della National Science Foundation, operata sotto accordo di cooperazione da Associated Universities, Inc.