Come hanno fatto i buchi neri supermassicci a diventare così grandi e così velocemente subito dopo il Big Bang?

"È come vedere una famiglia che cammina per strada e ha due adolescenti alti un metro e ottanta, ma hanno con sé anche un bambino alto sei piedi."

Gli scienziati ora capiscono che i buchi neri supermassicci si nascondono nel cuore della maggior parte, se non di tutte, le galassie. Questi titani cosmici hanno masse milioni e persino miliardi di volte quella del Sole, ma dimensioni enormi non costituiscono un problema quando si osservano buchi neri supermassicci nell'universo locale e quindi più recenti nella storia cosmica.

I buchi neri supermassicci diventano un problema, tuttavia, quando vengono visti nell’universo primordiale, e hanno già masse equivalenti a miliardi di soli. Questo perché deve esserci un meccanismo che consenta ai buchi neri supermassicci di accumulare rapidamente massa e crescere fino a dimensioni così gigantesche, ma tutti i meccanismi esistenti per questa crescita suggeriscono che questo processo procede troppo lentamente perché oggetti come questo esistano subito dopo il Big Bang.

"Nel corso degli ultimi due decenni, gli astronomi hanno trovato buchi neri supermassicci con le stesse masse dell'universo locale e quindi più recente - miliardi di masse solari - quasi 13 miliardi di anni fa, meno di un miliardo di anni dopo il Big Bang", spiega Royal. John Reagan, ricercatore della Society University presso la Maynooth University, ha detto a Space.com.

Regan descrive il problema con un'analogia alquanto inquietante. "È come vedere una famiglia che cammina per strada e ha due adolescenti alti un metro e ottanta, ma hanno con sé anche un bambino alto sei piedi. Questo è un po' un problema, come ha fatto il bambino a diventare così alto? Ed è lo stesso vale per i buchi neri supermassicci nell'universo. Come hanno fatto a diventare così massicci così velocemente?"

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La questione è stata ulteriormente complicata quest’anno quando il James Webb Space Telescope (JWST) ha scoperto il buco nero supermassiccio più distante e primordiale. Situato nel cuore della galassia CEERS 1019, questo buco nero ha una massa pari a 9 milioni di volte quella del Sole, il che lo rende relativamente piccolo per un buco nero supermassiccio.

Eppure, anche a queste dimensioni, la sua esistenza appena 570 milioni di anni dopo il Big Bang mette alla prova le teorie sulla crescita del buco nero. E questo buco nero da 9 milioni di masse solari non era il solo. La stessa campagna di osservazione che ha rivelato questo buco nero supermassiccio, la Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), ha scoperto anche altri due buchi neri supermassicci che esistevano sia 1 miliardo di anni che 1,1 miliardi di anni dopo il Big Bang.

"Con ogni nuova scoperta, i vincoli sulle nostre idee esistenti diventano più forti", ha detto a Space.com il professore della Canadian University of Western Ontario, Shantanu Basu. "Eravamo preoccupati quando furono osservati buchi neri supermassicci 800 milioni di anni dopo il Big Bang. Il CEERS non fa altro che aumentare enormemente la sfida."

Ciò suggerisce che i buchi neri supermassicci sono comuni nella relativa infanzia dell’universo, e non una rarità cosmica, esercitando quindi maggiore pressione sulla ricerca di un meccanismo per spiegare come sono arrivati ​​lì.

Escludendo i buchi neri primordiali che si ipotizza siano rimasti dopo il Big Bang, le tre principali categorie di buchi neri sono i buchi neri di massa stellare, che hanno una massa compresa tra 5 e 100 volte quella del Sole, e i buchi neri di massa intermedia con masse comprese tra 100 e 10.000 volte quella del Sole. quella del Sole, e buchi neri supermassicci con le masse sopra menzionate.

I buchi neri di massa stellare si formano quando le stelle più massicce, con tra 30 e 130 masse solari, esauriscono il combustibile per la fusione nucleare e non riescono più a sostenersi contro la propria gravità. Quando gli strati esterni di queste stelle vengono spazzati via da enormi esplosioni di supernova, i nuclei collassano per creare buchi neri di massa stellare, regioni dello spazio con un punto di densità infinita chiamato singolarità al centro e un confine esterno chiamato orizzonte degli eventi dove la forza di gravità è così grande che nemmeno la luce può sfuggirle.

I buchi neri supermassicci devono formarsi in modo diverso dai buchi neri di massa stellare, poiché è impossibile che una stella sia abbastanza grande da avere la massa iniziale iniziale per perdere massa man mano che evolve attraverso eventi come la supernova che accompagna il collasso gravitazionale del pianeta. stella, ma lasciano comunque dietro di sé un nucleo abbastanza massiccio da diventare un buco nero supermassiccio.