Tre buchi neri supermassicci in una sola galassia: la scoperta del JWST che riscrive la storia dell'universo primordiale

Il team ha utilizzato mappe del canale del profilo asimmetrico centrale dell'Hα per isolare due regioni di riga larga (BLR) spazialmente distinte nel centro galattico, separate da 190 ± 40 parsec (circa 620 anni luce). Una terza BLR è stata trovata nella periferia della galassia, a una separazione proiettata di 1,7 kiloparsec (circa 5.500 anni luce) .

I tre buchi neri: masse e posizioni

Utilizzando relazioni viriali a singola epoca, gli astronomi hanno stimato le masse dei tre buchi neri:

• Buco nero centrale primario: log(M☉) = 7,9 ± 0,4, pari a circa 80 milioni di masse solari
• Buco nero centrale secondario: log(M☉) = 5,8 ± 0,5, pari a circa 600.000 masse solari
• Buco nero esterno: log(M☉) = 6,3 ± 0,4, pari a circa 2 milioni di masse solari

Gli autori dello studio sottolineano che queste stime di massa comportano notevoli incertezze: il risultato fondamentale è la scoperta di tre buchi neri massicci attivi, non i valori di massa precisi .

Due dei buchi neri si trovano vicini nel centro galattico, separati in proiezione da soli 620 anni luce. Il terzo buco nero si trova nella regione esterna della galassia, a circa 5.500 anni luce dal centro .

Crescita nell'universo primordiale e il percorso verso la fusione

J0148-4214 offre una finestra unica su come i buchi neri supermassicci siano cresciuti così rapidamente nell'universo primordiale. Il sistema suggerisce che le fusioni e le interazioni tra galassie fossero efficienti nell'avvicinare i buchi neri massicci, fornendo una via rapida per la loro crescita . Questa è la prima prova che sistemi tripli di buchi neri esistevano già nei primi 1,2 miliardi di anni di storia cosmica.

I due buchi neri centrali, distanti solo 620 anni luce, sono destinati a fondersi in futuro. Questa coppia così ravvicinata prepara il terreno per le fusioni di buchi neri massicci che i futuri osservatori di onde gravitazionali, come l'Antenna Spaziale per Interferometria Laser (LISA), sono progettati per rilevare. La scoperta dimostra che coppie così vicine esistevano molto prima di quanto si conoscesse .

"Questa è la prima prova di tre buchi neri attivi in un'unica galassia nell'universo distante," ha dichiarato Hannah Übler, leader del gruppo di ricerca presso l'Istituto Max Planck per la Fisica Extraterrestre e autrice principale dello studio .

Cosa significa per l'astronomia delle onde gravitazionali

I due buchi neri centrali in J0148-4214 sono separati da poche centinaia di parsec, il che significa che sono legati gravitazionalmente e su una rotta di collisione. Quando alla fine si fonderanno, produrranno onde gravitazionali rilevabili da osservatori spaziali come LISA, progettato per osservare le fusioni di buchi neri massicci. La scoperta mostra che tali coppie ravvicinate esistevano molto prima nella storia cosmica di quanto si sapesse, offrendo agli astronomi delle onde gravitazionali un bersaglio chiaro e confermando che l'universo primordiale era un ambiente brulicante di fusioni di buchi neri .

Perché questa scoperta è importante

• Una prima assoluta: Nessuna galassia nell'universo primordiale era mai stata confermata ospitare tre buchi neri supermassicci in fase di accrescimento attivo.
• Crescita rapida: Il sistema suggerisce che le fusioni e le interazioni tra galassie erano efficienti nell'avvicinare i buchi neri, spiegando come potessero crescere così rapidamente dopo il Big Bang.
• Precursore di onde gravitazionali: La coppia centrale ravvicinata è una probabile fusione futura di buchi neri, fornendo un laboratorio naturale per studiare gli eventi che LISA rileverà.
• Capacità unica del JWST: Questa rilevazione è stata possibile solo grazie alla spettroscopia spazialmente risolta del JWST, in grado di distinguere nuclei attivi multipli in galassie deboli e distanti .

I risultati sono pubblicati in un preprint su arXiv.org con il titolo "BlackTHUNDER: evidence for three massive black holes in a z~5 galaxy" .

Cosa succederà ora

Gli astronomi prevedono di effettuare ulteriori osservazioni con il JWST per studiare la dinamica del sistema in maggiore dettaglio e cercare galassie simili con tre buchi neri in altri campi dell'universo primordiale. La scoperta apre un nuovo capitolo nella comprensione di come gli oggetti più massicci dell'universo si siano formati e di come continuino a plasmare il cosmo attraverso le fusioni.