Molto vicino all'inizio, pensano gli scienziati, c'erano buchi neri.
Questi buchi neri, che gli astronomi non hanno mai individuato direttamente, non si sono formati nel solito modo: il crollo esplosivo di una grande stella morente nel suo pozzo gravitazionale. La questione in questi buchi neri, credono i ricercatori, non è stata schiacciata in una singolarità dagli ultimi sussulti di una vecchia stella.
In effetti, allora, nei primi 1 miliardo di anni circa dell'universo, non c'erano vecchie stelle. Invece, c'erano enormi nuvole di materia, che riempivano lo spazio, seminando le prime galassie. Alcuni di questi argomenti, credono i ricercatori, si sono raggruppati più strettamente, tuttavia, collassando nella sua stessa gravità proprio come le vecchie stelle in seguito hanno fatto invecchiando l'universo. Quei crolli, credono i ricercatori, hanno seminato buchi neri supermassicci che non avevano una vita precedente come stelle. Gli astronomi chiamano queste singolarità "buchi neri a collasso diretto" (DCBH).
Il problema con questa teoria, tuttavia, è che nessuno l'ha mai trovata.
Ma ciò potrebbe cambiare. Un nuovo articolo del Georgia Institute of Technology ha pubblicato il 10 settembre sulla rivista Nature Astronomypropos che il James Webb Space Telescope (JWST), che la NASA intende lanciare ad un certo punto nei prossimi anni, dovrebbe essere abbastanza sensibile da rilevare una galassia contenente un buco nero di questo antico periodo della storia dell'universo. E il nuovo studio propone una serie di firme che potrebbero essere utilizzate per identificare una galassia che ospita DCBH.
E quel telescopio superpotente potrebbe non dover cercare nei cieli per molto tempo per trovarne uno.
"Prevediamo che il prossimo James Webb Space Telescope potrebbe essere in grado di rilevare e distinguere una giovane galassia che ospita un buco nero a collasso diretto ... con un tempo di esposizione totale di soli 20.000 secondi", hanno scritto i ricercatori. (Più tardi, hanno notato che c'erano alcuni elementi "grezzi" in quella stima dei tempi.)
Per fare la loro previsione, i ricercatori hanno usato un modello al computer per simulare la formazione di un DCBH nell'universo primordiale. Hanno scoperto che quando si forma un DCBH, provoca la formazione di molte stelle enormi, di breve durata e prive di metallo. Quindi la luce proveniente dalla sua galassia ospite contiene segni di stelle a basso contenuto di metallo.
Hanno anche scoperto che un DCBH emergente emette alte frequenze particolari di radiazione elettromagnetica che il JWST potrebbe riconoscere - sebbene quella radiazione avrebbe viaggiato così lontano, da una galassia che si muoveva così velocemente nella direzione opposta, che si sarebbe spostata in radiazione infrarossa da il tempo in cui ha raggiunto il nostro sistema solare. (La luce viene spostata verso il rosso o si sposta verso lunghezze d'onda più lunghe, mentre gli oggetti nell'universo si allontanano l'uno dall'altro.)
E questo arriva al motivo alla base del fatto che i ricercatori possono ancora speculare (in termini molto avanzati) su come dovrebbe essere un DCBH al JWST, e aspettare che il JWST arrivi effettivamente nello spazio: per studiare l'universo primordiale, gli scienziati hanno guardare molto lontano, una luce molto antica che viaggia da molto tempo. Quella luce è particolarmente debole, e senza uno strumento sensibile come il JWST, l'umanità al momento non ha modo di rilevarla.
Una volta avviato JWST, tuttavia, dovrebbe essere in grado di rilevare un DCBH in un ordine relativamente breve, hanno scritto i ricercatori. Questo perché ci sono molti buchi neri che i ricercatori possono già rilevare dall'universo leggermente successivo che sospettano possano essere DCBH. Ma quei buchi neri sono più vicini alla Terra, quindi i segnali che l'umanità può ora rilevare da loro sono stati creati più avanti nella loro durata di vita, quando le prove di come si sono formate sono state perse.
Ci sono una serie di domande aperte sui DCBH a cui il JWST potrebbe rispondere, hanno detto i ricercatori in una dichiarazione, ad esempio se un DCBH si forma e quindi provoca la formazione di una galassia attorno ad esso, o se i DCBH si sono formati dopo che la materia intorno a loro era già raggruppata insieme in stelle.
"Questo è uno degli ultimi grandi misteri dell'universo primordiale", ha dichiarato Kirk Barrow, il primo autore del documento e un recente dottorato alla School of Physics della Georgia Tech. "Speriamo che questo studio fornisca un buon passo per capire come si siano formati questi buchi neri supermassicci alla nascita di una galassia."
