Circa 13 miliardi di anni fa, quando il nostro universo era ancora solo una partenza scadente, il cosmo colpì una striscia creativa e sfornò buchi neri supermassicci a sinistra, a destra e al centro.
Gli astronomi possono ancora dare una sbirciatina a queste reliquie dell'universo primordiale quando guardano i quasar, oggetti incredibilmente grandi e straordinariamente luminosi che si pensa siano alimentati da vecchi buchi neri miliardi di volte più massicci del sole della Terra. Tuttavia, l'esistenza stessa di questi oggetti antichi pone un problema. Molti quasar sembrano provenire dai primi 800 milioni di anni dell'universo, molto prima che le stelle potessero diventare grandi o vecchie abbastanza da collassare sotto la loro stessa massa, esplodere in una supernova e formare un buco nero.
Quindi, da dove provengono questi vecchi buchi nel tessuto dello spazio-tempo? Secondo una teoria popolare, forse tutto ciò che serve è un sacco di gas.
In un nuovo studio, pubblicato il 28 giugno su The Astrophysical Journal Letters, i ricercatori hanno eseguito un modello computerizzato per dimostrare che alcuni buchi neri supermassicci nell'universo primordiale potrebbero essersi formati semplicemente accumulando una quantità gigantesca di gas in una nuvola legata alla gravità. I ricercatori hanno scoperto che, in poche centinaia di milioni di anni, una nuvola di questo tipo sufficientemente grande poteva collassare sotto la sua stessa massa e creare un piccolo buco nero - nessuna supernova richiesta.
Questi oggetti teorici sono noti come buchi neri a collasso diretto (DCBH). Secondo l'esperto di buco nero Shantanu Basu, autore principale del nuovo studio e astrofisico alla Western University di Londra, Ontario, una delle caratteristiche distintive dei DCBH è che devono essersi formati molto rapidamente in un brevissimo periodo di tempo universo primitivo.
"I buchi neri si formano per una durata di circa 150 milioni di anni e crescono rapidamente durante questo periodo", ha detto Basu a Live Science in una e-mail. "Quelli che si formano nella prima parte della finestra temporale di 150 milioni di anni possono aumentare la loro massa di un fattore di 10 mila".
In che modo una nuvola di gas diventa un buco nero? Secondo uno studio del 2017, una tale trasformazione richiede due galassie con personalità molto diverse: una di esse è un overachiever cosmico che forma molte stelle del bambino e l'altra un mucchio basso di gas senza stelle.
Mentre nuove stelle si formano nella galassia indaffarata, emettono un flusso costante di radiazioni calde che lava sulla galassia vicina, impedendo al gas lì di coalizzarsi in stelle a sé stanti. Nel giro di poche centinaia di milioni di anni, quella nuvola di gas senza stelle poteva accumulare così tanta materia che semplicemente collassa sotto il suo stesso peso, formando un buco nero senza mai produrre una stella, Basu ha scoperto.
Presto, questo buco nero "seme" potrebbe continuare a raggiungere lo stato supermassiccio divorando rapidamente la materia dalle nebulose vicine, dando alla luce i giganteschi quasar che possiamo vedere oggi.
Secondo Basu, questo atto di coreografia cosmica potrebbe essere stato possibile solo per un breve lasso di tempo, entro i primi 800 milioni di anni della vita dell'universo, prima che lo spazio diventasse troppo affollato di stelle e altri buchi neri per consentire il processo. Entro 1 miliardo di anni dopo il Big Bang, potrebbe esserci già stata così tanta radiazione di fondo nell'universo che un buco nero supermassiccio farebbe fatica a trovare abbastanza gas per aspirare e continuare la sua crescita esponenziale.
"Non stiamo assumendo alcuna nuova produzione di buchi neri dopo questo periodo di 150 milioni di anni", ha detto Basu. "Questo spiega perché c'è un forte calo del numero di buchi neri sopra una certa massa e luminosità nell'universo."
Mentre i DCBH rimangono teorici per ora, alcuni astronomi pensano che il telescopio spaziale Hubble potrebbe aver effettivamente catturato un tale oggetto formarsi, nel 2017. Secondo gli autori di uno studio di quell'anno sull'argomento, una stella gigante semplicemente svanì davanti alla telecamera di Hubble occhio, scomparendo senza il lampo rivelatore di una supernova. La migliore spiegazione, hanno scritto i ricercatori, è che l'enorme stella è semplicemente crollata in un buco nero senza pompa o fuochi d'artificio.
Durante il sondaggio pluriennale che è culminato in quello studio del 2017, altre sei stelle vicine sono esplose nel fuoco e nella furia, suggerendo che circa 1 stella su 7 (14%) di grandi dimensioni raggiunge le proprie estremità semplicemente svanendo nel vuoto.
