Come si sono formati i primi buchi neri supermassicci dell'Universo? Un nuovo modello dell'evoluzione delle galassie e dei buchi neri mostra che le collisioni mostrano che le galassie in collisione probabilmente hanno generato buchi neri che si sono formati circa 13 miliardi di anni fa. La scoperta riempie un capitolo mancante della prima storia del nostro universo e potrebbe aiutare a scrivere il prossimo capitolo - in cui gli scienziati comprendono meglio come la gravità e la materia oscura hanno formato l'universo come lo conosciamo.
In seguito alla recente scoperta che le galassie si sono formate molto prima nella storia dell'Universo di quanto si pensasse in precedenza, Stelios Kazantzidis della Ohio State University e il suo team hanno creato nuove simulazioni al computer che mostrano che i primi buchi neri super-massicci mai nati probabilmente sono nati quando quelle prime galassie si sono scontrate e uniti. Ciò è probabilmente accaduto durante i primi pochi miliardi di anni dopo il Big Bang.
"I nostri risultati aggiungono una nuova pietra miliare all'importante realizzazione di come la struttura si forma nell'universo", ha detto Kazantzidis.
In precedenza, gli astronomi pensavano che le galassie si evolvessero in modo gerarchico, dove la gravità ha prima unito piccoli frammenti di materia e quei piccoli frammenti si sono gradualmente uniti per formare strutture più grandi.
Ma i nuovi modelli trasformano questa idea in testa.
"Insieme a queste altre scoperte, il nostro risultato mostra che grandi strutture - sia galassie che enormi buchi neri - si accumulano rapidamente nella storia dell'universo", ha detto. “Sorprendentemente, questo è contrario alla formazione della struttura gerarchica. Il paradosso si risolve quando ci si rende conto che la materia oscura cresce gerarchicamente, ma la materia ordinaria no. La materia normale che costituisce le galassie visibili e i buchi neri super-massicci collassa in modo più efficiente, e questo era vero anche quando l'universo era molto giovane, dando origine alla formazione anti-gerarchica di galassie e buchi neri. "
Quindi, ciò significa che grandi galassie e buchi neri super-massicci si uniscono rapidamente e parti più piccole come la nostra galassia della Via Lattea - e il buco nero relativamente piccolo al suo centro - si formano più lentamente. Le galassie che hanno formato quei primi buchi neri super-massicci sono ancora in giro, ha detto Kazantzidis.
Le nuove simulazioni eseguite sui supercomputer sono state in grado di risolvere funzioni 100 volte più piccole e hanno rivelato dettagli nel cuore delle galassie unite su una scala inferiore a un anno luce.
Per questo motivo, gli astronomi sono stati in grado di vedere due cose: in primo luogo, gas e polvere al centro delle galassie si sono condensate per formare un disco nucleare stretto. Quindi il disco divenne instabile e il gas e la polvere si contrarono di nuovo, per formare una nuvola ancora più densa che alla fine generò un buco nero super massiccio.
Le implicazioni per la cosmologia sono di vasta portata, ha detto Kazantzidis.
"Ad esempio, l'idea standard - che le proprietà di una galassia e la massa del suo buco nero centrale siano correlate perché i due crescono in parallelo - dovrà essere rivista. Nel nostro modello, il buco nero cresce molto più velocemente della galassia. Quindi potrebbe essere che il buco nero non sia affatto regolato dalla crescita della galassia. Potrebbe essere che la galassia sia regolata dalla crescita del buco nero. "
Questo nuovo modello potrebbe anche aiutare gli astronomi che stanno cercando nei cieli prove dirette della teoria della relatività generale di Einstein: le onde gravitazionali.
Secondo la relatività generale, qualsiasi fusione di antiche galassie avrebbe creato enormi onde gravitazionali - increspature nel continuum spazio-temporale - i cui resti dovrebbero essere ancora visibili oggi.
Nuovi rivelatori di onde gravitazionali, come l'antenna spaziale per interferenze laser della NASA, sono stati progettati per rilevare direttamente queste onde e aprire una nuova finestra su fenomeni astrofisici e fisici che non possono essere studiati in altri modi.
Gli scienziati dovranno sapere come si sono formati i buchi neri super-massicci nell'universo primordiale e come sono distribuiti nello spazio oggi per interpretare i risultati di quegli esperimenti. Le nuove simulazioni al computer dovrebbero fornire un indizio.
Vedi questo link per i video dei modelli di collisioni della galassia.
Fonte: Ohio State University
