È un fatto ben noto tra gli astronomi e i cosmologi che più guardi più lontano nell'Universo, più indietro nel tempo stai vedendo. E più gli astronomi più vicini sono in grado di vedere il Big Bang, che ha avuto luogo 13,8 miliardi di anni fa, più interessanti diventano le scoperte. Sono questi reperti che ci insegnano di più sui primi periodi dell'Universo e sulla sua successiva evoluzione.
Ad esempio, gli scienziati che hanno utilizzato il Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) e i Magellan Telescopes hanno recentemente osservato il primo Supermassive Black Hole (SMBH) fino ad oggi. Secondo lo studio del team di scoperta, questo buco nero è circa 800 milioni di volte la massa del nostro Sole e si trova a oltre 13 miliardi di anni luce dalla Terra. Questo lo rende il SMBH più distante e più giovane finora osservato.
Lo studio, intitolato "Un buco nero di 800 milioni di massa solare in un universo significativamente neutro con uno spostamento verso il rosso di 7,5", è recentemente apparso sulla rivista Natura. Guidato da Eduardo Bañados, un ricercatore del Carnegie Institution for Science, il team comprendeva membri del Jet Propulsion Laboratory della NASA, il Max Planck Institute for Astronomy, il Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics, l'Osservatorio Las Cumbres e diverse università.
Come con altri SMBH, questa particolare scoperta (designata J1342 + 0928) è una quasar, una classe di oggetti super luminosi che consistono in un buco nero che accumula materia al centro di un'enorme galassia. L'oggetto è stato scoperto nel corso di un'indagine per oggetti distanti, che ha combinato i dati a infrarossi della missione WISE con indagini a terra. Il team ha quindi seguito i dati dei telescopi Magellan dell'Osservatorio Carnegie in Cile.
Come per tutti gli oggetti cosmologici distanti, la distanza di J1342 + 0928 è stata determinata misurando il suo spostamento verso il rosso. Misurando quanto la lunghezza d'onda della luce di un oggetto viene allungata dall'espansione dell'Universo prima che raggiunga la Terra, gli astronomi sono in grado di determinare quanto lontano ha dovuto viaggiare per arrivare qui. In questo caso, il quasar aveva uno spostamento verso il rosso di 7,54, il che significa che ci sono voluti più di 13 miliardi di anni perché la sua luce ci raggiungesse.
Come ha spiegato Xiaohui Fan dello Steward Observatory dell'Università dell'Arizona (e coautore dello studio) in un comunicato stampa di Carnegie:
“Questa grande distanza rende tali oggetti estremamente deboli se visti dalla Terra. I primi quasar sono anche molto rari sul cielo. Si sapeva che esisteva solo un quasar in uno spostamento verso il rosso maggiore di sette prima d'ora, nonostante una ricerca approfondita. "
Data la sua età e massa, la scoperta di questo quasar è stata una vera sorpresa per il gruppo di studio. Come Daniel Stern, astrofisico del Jet Propulsion Laboratory della NASA e coautore dello studio, ha indicato in un comunicato stampa della NASA, "Questo buco nero è cresciuto molto più di quanto ci aspettassimo in soli 690 milioni di anni dopo il Big Bang, che sfida il nostro teorie su come si formano i buchi neri. "
Fondamentalmente, questo quasar esisteva in un momento in cui l'Universo stava appena iniziando a emergere da ciò che i cosmologi chiamano i "secoli oscuri". Durante questo periodo, iniziato tra i 380.000 e i 150 milioni di anni dopo il Big Bang, la maggior parte dei fotoni nell'Universo interagivano con elettroni e protoni. Di conseguenza, la radiazione di questo periodo non è rilevabile dai nostri strumenti attuali, da cui il nome.
L'Universo rimase in questo stato, senza fonti luminose, fino a quando la gravità non condensò la materia nelle prime stelle e galassie. Questo periodo è noto come "Reinozation Epoch", che è durato da 150 milioni a 1 miliardo di anni dopo il Big Bang ed è stato caratterizzato dalla formazione di prime stelle, galassie e quasar. È così chiamato perché l'energia rilasciata da queste antiche galassie causava l'eccitazione e la ionizzazione dell'idrogeno neutro dell'Universo.
Una volta che l'Universo è stato reionizzato, i fotoni potevano viaggiare liberamente attraverso lo spazio e l'Universo è diventato ufficialmente trasparente alla luce. Questo è ciò che rende la scoperta di questo quasar così interessante. Come osservato dal team, gran parte dell'idrogeno che lo circonda è neutro, il che significa che non è solo il quasar più distante mai osservato, ma anche l'unico esempio di quasar che esisteva prima che l'Universo venisse reionizzato.
In altre parole, J1342 + 0928 esisteva durante un importante periodo di transizione per l'Universo, che sembra essere una delle frontiere attuali dell'astrofisica. Come se ciò non bastasse, la squadra è stata anche confusa dalla massa dell'oggetto. Perché un buco nero sia diventato così massiccio durante questo primo periodo dell'Universo, ci dovrebbero essere condizioni speciali per consentire una crescita così rapida.
Quali siano queste condizioni, tuttavia, rimane un mistero. Qualunque sia il caso, questo SMBH appena scoperto sembra consumare materia al centro di una galassia a un ritmo sorprendente. E mentre la sua scoperta ha sollevato molte domande, si prevede che lo spiegamento di futuri telescopi rivelerà di più su questo quasar e sul suo periodo cosmologico. Come diceva Stern:
"Con diverse strutture di prossima generazione e ancora più sensibili attualmente in fase di costruzione, possiamo aspettarci molte scoperte entusiasmanti nell'universo primordiale nei prossimi anni."
Queste missioni di prossima generazione includono la missione Euclid dell'Agenzia spaziale europea e il Telescopio a infrarossi a largo campo della NASA (WFIRST). Mentre Euclid studierà oggetti situati 10 miliardi di anni fa per misurare il modo in cui l'energia oscura ha influenzato l'evoluzione cosmica, WFIRST eseguirà indagini a largo raggio nel vicino infrarosso per misurare la luce proveniente da un miliardo di galassie.
Entrambe le missioni dovrebbero rivelare più oggetti come J1342 + 0928. Allo stato attuale, gli scienziati prevedono che ci siano solo da 20 a 100 quasar luminosi e distanti come J1342 + 0928 nel cielo. Come tali, sono stati molto contenti di questa scoperta, che dovrebbe fornirci informazioni fondamentali sull'Universo quando era solo il 5% della sua età attuale.
