Antico Buco Nero Sfreccia Oltre il 'Limite di Velocità' Cosmico, Sfidando Teorie Multiple

Stati Uniti - Agenzia stampa Ekhbary

Un Antico Buco Nero Sovverte le Regole Cosmiche, Svelando i Segreti della Crescita Accelerata

In una scoperta che potrebbe rimodellare la nostra comprensione dell'universo primordiale, un team internazionale di astronomi ha identificato un colossale buco nero, noto come ID830, che esibisce un comportamento senza precedenti che sfida le leggi fisiche stabilite. Questo quasar, situato nel profondo passato cosmico, non solo supera il teorico 'limite di velocità' per la crescita dei buchi neri, ma emette simultaneamente anche una potente radiazione a raggi X e onde radio—un fenomeno doppio precedentemente considerato astrofisicamente impossibile.

ID830 rappresenta un chiaro esempio di buco nero supermassiccio (SMBH) prosperante nell'alba cosmica. La sua massa è stimata essere stata di 440 milioni di masse solari circa 12 miliardi di anni fa, quando l'universo aveva solo il 15% della sua età attuale. Questa immensa dimensione lo rende oltre 100 volte più pesante di Sagittarius A*, l'SMBH al centro della nostra galassia, la Via Lattea.

Il mistero risiede nel modo in cui ID830 ha raggiunto dimensioni così colossali così presto nella storia cosmica. Tipicamente, i buchi neri sono governati da un processo di autoregolazione noto come 'limite di Eddington', che pone un tetto al tasso al quale possono accrescere materia. Questo limite si verifica perché, mentre i buchi neri attraggono gas e polvere, questo materiale forma un disco di accrescimento vorticoso. Mentre la gravità attira materia verso il buco nero, la materia in caduta genera anche una pressione di radiazione che spinge verso l'esterno, ostacolando ulteriore accrescimento. Questo equilibrio impone effettivamente un limite al tasso di crescita di un buco nero.

Tuttavia, ID830 sembra superare significativamente questo limite. La sua luminosità in raggi X suggerisce che sta accrescendo materia a un tasso circa 13 volte superiore al limite di Eddington. Questa fase di rapida crescita è definita 'accrescimento super-Eddington'. I ricercatori propongono diversi meccanismi per spiegare questa voracità cosmica. Come spiega l'astronomo Anthony Taylor dell'Università del Texas ad Austin, è 'perfettamente possibile per un buco nero consumare materia più velocemente del limite di Eddington per un breve periodo prima che la pressione di radiazione si accumuli per limitare il tasso di accrescimento.' Inoltre, un buco nero potrebbe essere in grado di accrescere materia dal suo disco equatoriale mentre la pressione di radiazione espelle materia dai suoi poli, riducendo così l'opposizione diretta al flusso di materia.

L'esistenza di buchi neri così massicci e attivi nell'universo primordiale è coerente con le recenti scoperte del Telescopio Spaziale James Webb (JWST). Il JWST ha rivelato che gli SMBH sono cresciuti sorprendentemente velocemente e in epoche cosmiche notevolmente precoci, sfidando le aspettative precedenti. Un'ipotesi principale suggerisce che i 'semi' di questi primi SMBH provenissero dal collasso delle stelle di Popolazione III—le prime e più massicce stelle della storia cosmica—che potrebbero aver formato buchi neri con una massa superiore a mille masse solari.

Tuttavia, anche questi massicci 'semi' richiederebbero un tempo incredibilmente lungo, potenzialmente centinaia di milioni di anni, per raggiungere le loro dimensioni osservate se stessero accrescendo solo al limite di Eddington. Ciò rende la crescita super-Eddington necessaria per riconciliare le osservazioni con i modelli teorici. I calcoli dei ricercatori indicano che ID830 potrebbe aver raggiunto la sua immensa crescita attraverso un afflusso improvviso di gas, forse innescato dal consumo di un grande corpo celeste, come una massiccia stella gigante o una sostanziale nube di gas, che si è avvicinato troppo.

Ciò che complica ulteriormente il quadro di ID830 è la sua emissione simultanea di raggi X e onde radio. Si ritiene che l'accrescimento super-Eddington sopprima tali emissioni, in particolare i potenti getti radio spesso associati ai buchi neri. Questa inaspettata coesistenza suggerisce processi fisici non ancora completamente catturati dai modelli attuali di accrescimento estremo e lancio di getti.

Si ritiene che le emissioni di raggi X provengano da una struttura chiamata corona—una nube di plasma estremamente calda che orbita attorno al buco nero a velocità prossime a quella della luce. Si pensa che questa corona sia generata da intensi campi magnetici all'interno del disco di accrescimento, creando una turbolenta nuvola di particelle energizzate a un miliardo di gradi. La NASA descrive questa regione come 'uno degli ambienti fisici più estremi dell'universo'.

Complessivamente, i comportamenti di ID830 che infrangono le regole suggeriscono che sta attraversando una rara fase transitoria di iper-consumo e vigorosa espulsione. Questo intenso scoppio di alimentazione ha energizzato sia i suoi getti relativistici sia la sua corona, facendo brillare ID830 intensamente su più lunghezze d'onda mentre espelle enormi quantità di radiazione. Lo studio di oggetti così estremi non solo ci aiuta a comprendere gli enigmatici SMBH dell'universo primordiale, ma potrebbe anche rivelare aspetti nuovi e inaspettati della fisica fondamentale.

Agenzia stampa Ekhbary