MoM-BH*-1, l’oggetto dell’universo primordiale che potrebbe essere una “stella di buco nero”

MoM-BH*-1 è una sorgente compatta ed estremamente luminosa risalente al primo miliardo di anni dell’universo. Il telescopio spaziale James Webb (JWST) l’ha individuata nell’ambito della survey Mirage or Miracle, osservandone la luce emessa circa 660 milioni di anni dopo il Big Bang. Gli astronomi non pensano che sia una stella ordinaria: l’interpretazione oggi più accreditata è quella di un buco nero che sta accumulando materia rapidamente, circondato da un involucro di gas denso e dall’aspetto simile a quello di una stella.

Il soprannome “stella di buco nero” descrive quindi l’aspetto e il comportamento ipotizzati dell’oggetto. Non significa che sia stato osservato direttamente un buco nero all’interno di una stella convenzionale. L’ipotesi deriva dalla combinazione di spettro, luminosità e colore misurati da JWST, messi a confronto con diversi modelli fisici.

Perché MoM-BH*-1 non sembra una stella normale

Le stelle ordinarie brillano perché la fusione nucleare alimenta i loro nuclei. L’energia osservata da MoM-BH*-1 è però enormemente superiore a quella che potrebbe produrre una stella alimentata dalla fusione: le stime indicano una luminosità energetica circa 100 miliardi di volte maggiore di quella di qualsiasi stella conosciuta. Questo risultato punta piuttosto all’energia gravitazionale liberata dalla materia mentre precipita verso un buco nero.

Anche lo spettro presenta caratteristiche insolite: un marcato salto di Balmer, emissioni dell’idrogeno ampie e complesse e forti righe di assorbimento di Balmer. La sorgente mostra inoltre poche tracce di elementi più pesanti dell’idrogeno e dell’elio. Nel complesso, questi dati suggeriscono un ambiente gassoso estremamente denso, turbolento e relativamente primordiale, diverso sia dallo spettro non schermato di una stella normale sia da quello di un nucleo galattico attivo più familiare.

Il modello della “stella di buco nero”

Secondo il modello proposto, al centro dell’oggetto ci sarebbe un buco nero di circa 100.000 masse solari, impegnato ad assorbire rapidamente la materia circostante. Il gas che cade verso il buco nero libera energia gravitazionale e riscalda l’involucro denso che lo avvolge. Quest’ultimo forma una sorta di “pseudo-fotosfera” simile alla superficie apparente di una stella, facendo apparire l’intero sistema come un oggetto rosso e luminoso, anche se la sua fonte di energia non è la fusione ma l’accrescimento.

Le simulazioni che combinano un buco nero in accrescimento con un involucro ricco di idrogeno riproducono la luminosità e il colore di MoM-BH*-1 meglio di una spiegazione basata su una stella ordinaria, secondo le analisi disponibili dello studio. In base al modello adottato, il gas potrebbe estendersi su scale paragonabili a quelle del Sistema Solare, anche se la struttura precisa dipende dai parametri utilizzati.

Il colore rosso della sorgente potrebbe inoltre dipendere dal gas, e non dalla polvere. La radiazione emessa dal buco nero centrale può essere assorbita, diffusa e riemessa dal materiale circostante, facendo emergere una luce spostata verso lunghezze d’onda più lunghe e quindi più rosse.

Il possibile legame con i “little red dots” di JWST

Il telescopio James Webb ha individuato numerose sorgenti piccole, rosse e luminose nell’universo primordiale, chiamate comunemente “little red dots”, cioè “piccoli puntini rossi”. Le loro dimensioni apparenti e i loro spettri insoliti hanno reso difficile stabilirne la natura. MoM-BH*-1 è particolarmente interessante perché, secondo l’ipotesi, la luce alimentata dal buco nero domina quella della galassia ospite, rendendo più facile studiare il meccanismo che la produce.

Se lo stesso tipo di accrescimento avvolto dal gas si verificasse in sistemi meno isolati, molti little red dots più deboli potrebbero essere oggetti analoghi incorporati in giovani galassie. In questo scenario, i puntini rossi non costituirebbero un’unica popolazione stellare convenzionale: potrebbero essere buchi neri in rapida crescita, nascosti dentro dense “nubi” di gas che li fanno apparire come stelle nelle osservazioni infrarosse.

L’ipotesi è rilevante anche per capire come buchi neri molto massicci abbiano potuto formarsi così presto nella storia cosmica. Un involucro denso potrebbe permettere a un buco nero-seme di accumulare materia a ritmi elevati. Tuttavia, MoM-BH*-1 da sola non ricostruisce l’intera storia evolutiva dei buchi neri supermassicci comparsi in seguito.

Perché potrebbero mancare i raggi X

Un buco nero in accrescimento relativamente privo di schermatura dovrebbe produrre una forte emissione ad alta energia. Un involucro spesso di gas, però, può modificare radicalmente ciò che riesce a uscire. I raggi X generati vicino al buco nero possono essere assorbiti o diffusi ripetutamente all’interno della nube; parte della loro energia viene così redistribuita sotto forma di radiazione ultravioletta e infrarossa a energia più bassa.

Questo meccanismo offre una spiegazione plausibile per il fatto che MoM-BH*-1 e altri little red dots possano essere brillanti nelle osservazioni infrarosse di JWST, pur risultando deboli o non rilevabili nei raggi X. Si tratta però di un’interpretazione compatibile con i modelli dei buchi neri avvolti dal gas, non di una misurazione diretta che dimostri che ogni fotone X mancante sia stato rielaborato in questo modo.

Perché la classificazione non è ancora confermata

L’ipotesi della “stella di buco nero” si basa su indizi indiretti. JWST ha misurato la luce della sorgente, ma non ha fotografato direttamente un buco nero immerso in un involucro di gas. Inoltre, lo spettro disponibile non contiene una singola caratteristica capace di escludere senza ambiguità tutte le spiegazioni alternative.

Devono ancora essere valutati altri scenari, comprese combinazioni di una galassia compatta, gas insolito, polvere, popolazioni stellari e attività di un buco nero nascosta dalla materia circostante. Le prove attuali fanno del modello della stella di buco nero un candidato forte, ma “spiegazione migliore” non equivale a identificazione definitiva.

Ulteriori osservazioni di JWST potranno cercare le caratteristiche spettrali previste dal modello, stimare con maggiore precisione densità e composizione del gas, misurare le dimensioni della sorgente, verificare eventuali variazioni di luminosità e confrontare MoM-BH*-1 con un campione più ampio di little red dots. Questi test aiuteranno a capire se si tratta di un raro oggetto di transizione o dell’esempio più evidente di una popolazione diffusa di buchi neri avvolti dal gas all’alba cosmica.

In sintesi

MoM-BH*-1 è meglio descritta, al momento, come una candidata “stella di buco nero”: un buco nero di circa 100.000 masse solari che si alimenta rapidamente e il cui involucro denso di idrogeno la fa brillare come una gigantesca stella rossa. La luminosità estrema e le insolite caratteristiche dell’idrogeno favoriscono questa interpretazione, mentre la stessa nube potrebbe spiegare il colore rosso e la debole emissione nei raggi X. Ma si tratta ancora di un’inferenza basata su modelli, non della conferma di una nuova classe di corpi celesti.