Sembravano semplici macchie di rosso.
Per anni, gli astronomi hanno fissato questi oggetti deboli e compatti, soprannominati “piccoli punti rossi” o LRD, grattandosi la testa. Sono comparsi in indagini a campo profondo, luminosi e sconcertanti, quando l’universo aveva appena il 10% della sua età attuale, per poi svanire altrettanto misteriosamente. Ora, i dati del telescopio spaziale James Webb suggeriscono che questi non sono affatto solo punti rossi. Sono sistemi complessi. E hanno “piccoli compagni blu”.
Questa nuova spiegazione cambia il modo in cui potremmo comprendere la nascita dei buchi neri supermassicci. Fa anche luce su come le prime galassie siano cresciute così velocemente, così grandi, così presto.
Il mistero dei puntini rossi
Per chiarire la sequenza temporale: gli LRD compaiono nei dati risalenti a quando l’universo aveva solo circa 600 milioni di anni. Brillano intensamente, poi scompaiono circa un miliardo di anni dopo. Prima del JWST, questi oggetti erano difficili da definire. La sensibilità agli infrarossi del telescopio, tuttavia, li ha catturati chiaramente.
Ma cosa sono?
I modelli tradizionali suggerivano che si trattasse di ammassi stellari massicci o di buchi neri attivi che si nutrivano di gas. Il problema? I dati non corrispondevano del tutto. Lo spettro della luce era strano. C’era un bagliore ottico rosso brillante, un calo nel mezzo causato dall’idrogeno che assorbiva determinate lunghezze d’onda, e poi di nuovo la luce ultravioletta (UV).
Un singolo oggetto non dovrebbe emettere quella firma specifica. A meno che, naturalmente, non siano responsabili due cose diverse.
La teoria del compagno blu
Un nuovo studio pubblicato su The Astrophysical Journal Letters propone un cambiamento radicale. Il “punto rosso” non è tutta la storia. È spesso abbinato a un vicino luminoso e che risplende ai raggi UV.
Josephine Baggen, prima autrice dello studio e astronoma di Yale, lo spiega in modo semplice.
“L’aspetto più sorprendente… è che questi piccoli punti rossi non sono solo ‘punti rossi’, c’è un’emissione più complessa nelle vicinanze,” ha detto.
In un campione di 83 LRDS fotografati da JWST, i ricercatori hanno scoperto che 36 ospitavano questi compagni UV. Tra gli LRD più brillanti, oltre l’80% aveva un partner.
Questi compagni non sono solo rumore di fondo. Sono enormi e vanno da centinaia di milioni a miliardi di volte la massa del nostro sole. Si tratta probabilmente di ammassi stellari densi e precoci o di piccole protogalassie.
Allora, come fa una gigante blu a creare un punto rosso?
Il collasso delle nubi di gas
Normalmente, nubi fredde di gas molecolare nel frammento primordiale dell’universo. Si raggruppano, collassano sotto la gravità e alla fine si illuminano come stelle. È un processo disordinato e frammentato.
Ma la radiazione UV di questi compagni blu cambia le regole.
Secondo lo studio, l’intenso flusso UV proveniente dall’ammasso stellare compagno inonda le nubi di gas circostanti. Questa radiazione riscalda il gas e arresta la consueta frammentazione. Invece di scomporsi in molte stelle più piccole, l’enorme nube di gas rimane intatta.
Continua a crollare.
Senza il meccanismo di frammentazione che la rallenta, la nuvola si comprime in un oggetto esotico incredibilmente denso. Pensa a una “stella buco nero”. Salta completamente l’esplosione della supernova. Collassa direttamente in un buco nero, probabilmente massiccio, con una massa compresa tra 100.000 e 1 milione di masse solari.
Questi sono i “semi” mancanti.
Risolvere l’enigma del buco nero
Perché è importante? Perché abbiamo una lacuna nella nostra storia cosmica. Vediamo buchi neri supermassicci nei quasar solo poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang. Sono troppo grandi per essere cresciuti da buchi neri di massa stellare standard in così poco tempo.
Da dove viene il carburante? Come hanno iniziato così in grande?
Questo meccanismo LRD offre un candidato. I buchi neri formati da questi collassi diretti sono enormi. Se si fondono con i loro compagni blu (che potrebbero fondere le galassie stesse), creano i semi pesanti necessari per diventare alla fine i mostri supermassicci che vedremo più avanti nella storia cosmica.
Ciò suggerisce che il buco nero centrale della Via Lattea potrebbe aver iniziato la sua vita esattamente in questo modo: nato “fuori dalla galassia” in un denso bozzolo di gas, per poi migrare verso l’interno.
Perché la luce ha questo aspetto
I dati JWST si adattano perfettamente a questo modello. Il “calo” nello spettro? Questo è il gas idrogeno che circonda l’LRD che assorbe la luce. La luce ottica rossa? Ciò proviene dall’LRD stesso (o dal disco di accrescimento attorno al buco nero appena nato). La luce UV? Questo è l’ammasso stellare compagno che illumina la scena lateralmente.
Non è un oggetto. È una coppia.
Rimangono ancora domande
Tutti gli LRD nascono così? I ricercatori sospettano che la maggior parte lo sia, ma i compagni potrebbero essere troppo vicini per separarsi nelle immagini a bassa risoluzione. Potremmo vedere solo quelli in cui la coppia è distinta.
Alcuni compagni potrebbero essere più distanti di quanto rappresentato dal campione di questo studio, il che significa che le osservazioni future dovranno rimpicciolirsi, guardando campi più ampi piuttosto che cluster ristretti.
Non sappiamo con certezza se ogni singolo LRD segua questo percorso. C’è ancora un dibattito su come questi oggetti si evolvono nelle galassie e nei buchi neri che vediamo oggi. Ma il collegamento sta diventando chiaro.
L’universo era disordinato e violento nella sua giovinezza. Non si trattava solo di formare stelle; stava forgiando le pesanti ancore delle galassie attraverso intense collisioni bagnate dai raggi UV. I piccoli punti rossi non erano affatto punti. Erano i gridi di nascita dei giganti, accompagnati dalle loro madri di colore blu.
