Gli astrofisici russi hanno studiato un grande buco nero nell'Universo primordiale

Un gruppo internazionale di scienziati, tra cui astrofisici dell'Istituto russo di fisica e tecnologia di Mosca, ha studiato un blazar molto luminoso e molto distante dalla nostra galassia: un buco nero supermassiccio che emette onde radio direttamente verso la Terra. In pratica, i ricercatori hanno guardato nel passato, poiché il segnale proveniente da questo buco nero ha impiegato 11 miliardi di anni per raggiungerci. Il blazar "illuminò" gli scienziati e portò loro a un'epoca in cui il nostro Universo era quasi 10 volte più giovane. Ciò ha confermato la teoria secondo cui la densità della materia nell'Universo primordiale era molto maggiore di quella attuale, il che a sua volta rafforza la teoria del Big Bang. Il lavoro è stato pubblicato sulla rivista Astrophysical Bulletin, edita dall'Osservatorio astrofisico speciale dell'Accademia russa delle scienze.

Per prima cosa, ricordiamo cosa sono i blazar e in che cosa differiscono dai normali buchi neri e quasar. Al centro della maggior parte delle grandi galassie si nascondono buchi neri supermassicci, oggetti con masse che vanno da milioni a miliardi di volte quella del nostro Sole. Quando la materia (gas, polvere, stelle) cade su un buco nero, forma un disco di accrescimento, una struttura calda che irradia intensamente l'intera gamma dello spettro elettromagnetico. I quasar sono il tipo più potente e luminoso di nuclei galattici attivi. La loro luminosità può essere migliaia di volte maggiore della luminosità dell'intera galassia madre, composta da centinaia di miliardi di stelle. I quasar sono così luminosi che sono visibili fino ai confini dell'Universo osservabile. Alcuni quasar (ne esistono solo circa il 10-15%) sono anche “radio rumorosi”, ovvero emettono potenti radiazioni nella gamma radio. Questa radiazione viene generata in getti, stretti fasci di plasma espulsi dalle vicinanze del buco nero centrale a velocità prossime a quella della luce. Per questo motivo, gli scienziati chiamano blazar quei quasar ad alto volume di onde radio, i cui getti sono diretti quasi esattamente verso la Terra e che possiedono una luminosità maggiore rispetto a tutti i tipi di buchi neri conosciuti. La variabilità della loro luminosità è osservabile nell'intero spettro elettromagnetico, dalle radiazioni gamma e X più intense alle onde radio, consentendone la registrazione a distanze enormi.

Come riportato dal MIPT a MK, vari gruppi scientifici hanno osservato il blazar PKS 1614+051, situato a una distanza colossale da noi (oltre 11 miliardi di anni luce), per 27 anni. Per raggiungere questi obiettivi, gli scienziati hanno utilizzato un impressionante set di strumenti di osservazione: l'esclusivo radiotelescopio russo RATAN-600 e il grande telescopio azimutale (BTA) con un sesto specchio principale, appartenenti all'Osservatorio astrofisico speciale dell'Accademia russa delle scienze, due radiotelescopi da 32 metri RT-32 dell'Istituto di astronomia applicata dell'Accademia russa delle scienze in Buriazia, un radiotelescopio da 22 metri in Crimea RT-22, una serie di telescopi ottici in Russia e negli Stati Uniti.

La radiazione che gli scienziati ricevono oggi da questa fonte è stata emessa quando l'Universo aveva solo circa il 10-15% della sua età attuale.

Alexander Popkov, ricercatore presso il Laboratorio di ricerca fondamentale e applicata sugli oggetti relativistici dell'universo al MIPT, ha parlato della ricerca.

– Cosa c’è di interessante e insolito nel blazar osservato?

- Questo è l'oggetto più distante da noi tra i blazar ben osservati. Abbiamo testato tutte le ipotesi e i modelli elaborati dagli scienziati riguardo a questo tipo di blazar. Attraverso l'analisi siamo anche riusciti a rivelare per la prima volta che esiste una grande nube di idrogeno che ruota attorno a questo buco nero. Ci si aspettava che ciò accadesse esattamente nell'Universo primordiale, quando era molto più denso. Si formarono molte nuove stelle e buchi neri, c'era meno elio e più idrogeno. Le prime giovani stelle erano composte quasi interamente da idrogeno. Erano enormi, vivevano per pochissimo tempo ed esplodevano.

- E da cosa si formano ora le stelle?

– Il nostro Sole è la terza generazione di stelle, contiene idrogeno, molto più elio ed elementi pesanti. Un'altra differenza tra le stelle della nuova generazione è che si formano meno frequentemente rispetto alla prima generazione. Ciò accade perché nello spazio c'è molta meno materia e nubi di gas da cui possono nascere.

– Possiamo dire che osservando il blazar PKS 1614+051, vedi il passato?

- Sì, è proprio così. Osserviamo e riassumiamo tutte le informazioni ricevute a riguardo da diversi gruppi scientifici. Per la prima volta abbiamo combinato dati ottici e di radiofrequenza. In particolare, il fatto che il blazar emette a causa dell'interazione con l'ambiente e che questo ambiente, cioè la nube di idrogeno situata accanto ad esso, ruoti molto velocemente.

– In che modo questa conoscenza può aiutare a costruire un modello di “creazione del mondo”?

– Innanzitutto, aiuteranno a creare un modello più accurato dello sviluppo dell’Universo al momento dell’emergere dei buchi neri supermassicci e forse risponderanno alla domanda su come si sono formate la materia oscura e l’energia oscura. Attualmente esistono diversi modelli di particelle di materia oscura che interagiscono debolmente o per niente con la materia ordinaria e non sappiamo se possano formare i propri cluster e formazioni.

Osservare PKS 1614+051 per quasi tre decenni è stato come guardare un film sulla vita di un gigantesco motore cosmico nell'Universo primordiale, solo al rallentatore.