Nelle immagini del James Webb è poco più di un puntino rosso. Poi gli astronomi hanno guardato la sua luce pezzo per pezzo e quel puntino ha cominciato a comportarsi in modo decisamente strano: sembra una stella enorme, grande più o meno quanto il nostro Sistema solare, ma produce troppa energia per essere una stella.
Il gruppo guidato da Rohan Naidu, ricercatore del MIT, propone una spiegazione nuova: al centro potrebbe esserci un buco nero circondato da un gigantesco e densissimo involucro di gas. Gli scienziati hanno chiamato questa possibile configurazione “black hole star”, stella buco nero. Lo studio è stato pubblicato su Nature con il titolo A Gas Enshrouded and Gas Reddened Black Hole at Cosmic Dawn.
L’oggetto, chiamato MoM-BH*-1, risale a quando l’Universo aveva appena qualche centinaio di milioni di anni. Se l’interpretazione verrà confermata, potrebbe aiutare anche a capire cosa siano i tanti misteriosi little red dots, i piccoli punti rossi che il telescopio spaziale continua a trovare nelle immagini dell’Universo più lontano.
Una stella grande quanto il Sistema solare, con un buco nero al centro
Il nome “stella buco nero” è efficace, però richiede una precisazione. Gli astronomi non stanno descrivendo una normale stella con un buco nero infilato dentro come una sorpresa nell’uovo di Pasqua.
Il modello proposto è diverso. Al centro di MoM-BH*-1 ci sarebbe un buco nero circa 100 mila volte più massiccio del Sole. Intorno si estenderebbe un enorme involucro di idrogeno, talmente denso da comportarsi, osservato da lontano, quasi come l’atmosfera di una gigantesca stella.
La fonte dell’energia sarebbe il materiale che cade verso il buco nero. Mentre il gas viene attirato e riscaldato, libera enormi quantità di radiazione. È un meccanismo molto più potente della fusione nucleare che alimenta stelle come il Sole.
Ed è proprio la luminosità di MoM-BH*-1 ad aver fatto saltare la prima spiegazione. Secondo il gruppo del MIT, l’oggetto produce un’energia circa 100 miliardi di volte superiore a quella che una stella conosciuta potrebbe fisicamente generare. Per una stella normale sarebbe un conto impossibile. Per un buco nero che sta inghiottendo materia, molto meno.
La sua luce ha fatto insospettire gli astronomi
MoM-BH*-1 era stato individuato durante un programma di osservazione chiamato Mirage or Miracle, nato per cercare alcune delle prime galassie formatesi dopo il Big Bang. Tra le sorgenti osservate ce n’era una particolarmente rossa e luminosa. Il colore poteva sembrare dovuto alla polvere cosmica, che assorbe alcune lunghezze d’onda e fa apparire gli oggetti più rossi. Lo spettro, però, raccontava una storia diversa. A determinate lunghezze d’onda la luce crollava bruscamente.
Gli astronomi chiamano questo fenomeno salto di Balmer: può comparire quando l’idrogeno assorbe una parte precisa della radiazione e si osserva anche nelle atmosfere di alcune stelle. Qui, però, il segnale era eccezionalmente profondo, come spiega Naidu nel materiale diffuso dal MIT:
È il salto più profondo mai osservato in qualsiasi oggetto.
Le stelle ordinarie, secondo il gruppo, non bastavano a produrre qualcosa del genere. C’era poi un altro dettaglio: nella luce di MoM-BH*-1 gli astronomi hanno trovato quasi soltanto idrogeno ed elio, con pochissime tracce degli elementi più pesanti che gli astronomi chiamano genericamente “metalli”.
Il ritratto diventava quindi sempre più curioso: una sorgente enormemente luminosa, avvolta da gas molto denso, con uno spettro simile per alcuni aspetti a quello di un’atmosfera stellare e un’energia più compatibile con un buco nero.
Le simulazioni hanno costruito una specie di bozzolo cosmico
Per capire cosa potesse produrre quella luce, i ricercatori hanno provato diverse simulazioni al computer. Una delle domande era molto semplice: si può ottenere un oggetto così rosso usando soprattutto idrogeno, senza doverlo nascondere dietro enormi quantità di polvere?
La risposta ottenuta dai modelli è stata sì. Servirebbe però un involucro di idrogeno estremamente denso, molto diverso dalle leggere nubi di gas presenti normalmente tra le stelle.
Inserendo al centro del modello un buco nero attivo e modificandone massa e altre caratteristiche, il gruppo è riuscito a riprodurre abbastanza bene la luminosità osservata dal James Webb. Da qui nasce l’ipotesi della stella buco nero: un potente buco nero centrale nascosto dentro un enorme bozzolo di gas.
Gli stessi ricercatori continuano però a parlare di un’interpretazione. MoM-BH*-1 è stato osservato; la sua luce e il suo spettro sono dati reali. La struttura con il buco nero centrale e l’involucro stellare deriva dal modello che, al momento, riesce a spiegare meglio quelle osservazioni.
Potrebbe spiegare i misteriosi “little red dots” del James Webb
La storia diventa ancora più interessante perché MoM-BH*-1 non è l’unico puntino rosso comparso davanti agli strumenti del James Webb. Da quando il telescopio ha iniziato a osservare l’Universo profondo, gli astronomi hanno trovato numerosi little red dots: sorgenti molto compatte e rosse presenti soprattutto nell’Universo giovane e molto più rare nelle epoche successive.
Capire cosa siano è diventato uno dei piccoli rompicapi dell’era JWST. Secondo Naidu e colleghi, molti di questi oggetti potrebbero contenere strutture simili alla stella buco nero: giovani buchi neri circondati da enormi quantità di gas. MoM-BH*-1 sarebbe un caso particolarmente evidente perché la sorgente centrale è così luminosa da mettere quasi in ombra la galassia che la ospita.
Questo potrebbe aiutare anche a risolvere un problema più grande. Gli astronomi hanno già trovato buchi neri enormi quando l’Universo era ancora giovanissimo e stanno cercando di capire come siano riusciti a crescere così rapidamente. Un buco nero immerso in un ambiente ricchissimo di gas avrebbe parecchio materiale a disposizione. Una sorta di buffet cosmico aperto poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang.
Per ora MoM-BH*-1 resta un oggetto con un’interpretazione da mettere alla prova attraverso nuove osservazioni. Il James Webb, però, ha già fatto abbastanza: ha preso uno dei tanti puntini rossi dell’Universo primordiale e ci ha trovato dentro qualcosa che le categorie usate finora faticano a contenere. Una possibile stella grande quanto il Sistema solare, alimentata da un buco nero.
Fonte: Nature
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Ilaria Rosella Pagliaro
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