Il Webb scova quattro possibili coppie di buchi neri nell’universo primordiale

Una tecnica per separare i “puntini rossi”

Il James Webb Space Telescope ha permesso di osservare numerose sorgenti compatte e rossastre dell’universo primordiale, note come Little Red Dots (LRD). Sono considerate candidate a rappresentare una fase iniziale di crescita rapida di buchi neri alimentati dalla materia circostante, anche se la loro natura fisica è ancora oggetto di dibattito. 81

Il nuovo approccio analizza il colore pixel per pixel nelle immagini infrarosse del Webb, invece di valutare soltanto l’aspetto complessivo di ciascuna sorgente. In questo modo è possibile separare due nuclei rossi molto vicini, anche quando appaiono parzialmente sovrapposti. Applicando il metodo alle immagini della survey COSMOS-Web, il gruppo di ricerca ha trovato quattro coppie candidate di LRD, con separazioni comprese tra 0,2 e 1,2 secondi d’arco. 8

Gli indizi che indicano una vicinanza reale

Per due delle coppie, gli spettri senza fenditura ottenuti con JWST/COSMOS-3D mostrano una riga di emissione alla stessa lunghezza d’onda osservata in entrambi i componenti. Se le righe ampie, con grande larghezza equivalente, vengono interpretate come emissione H-alfa, le due coppie si trovano rispettivamente a redshift 5,822 e 5,464. La concordanza sostiene l’ipotesi di una relazione fisica, anziché di due oggetti indipendenti sovrapposti casualmente lungo la stessa linea di vista. 8

I redshift misurati corrispondono a separazioni proiettate di circa 1,64 e 7,36 kiloparsec, ossia approssimativamente 5.300 e 24.000 anni luce. La luce di questi sistemi risale a un’epoca compresa tra circa 12,5 e 12,8 miliardi di anni fa, quando l’universo era ancora molto giovane. 8

Anche il confronto con cataloghi simulati rafforza il risultato: le proiezioni casuali lungo la linea di vista non sembrano sufficienti a spiegare quante coppie così ravvicinate siano state osservate. Il raggruppamento delle LRD su piccole scale risulta circa 20–30 volte più intenso rispetto a quanto si otterrebbe estrapolando il segnale di correlazione degli AGN su scale maggiori osservato dal Webb. 8

Possibili progenitori di fusioni galattiche

Il risultato non equivale alla scoperta diretta di quattro sistemi binari di buchi neri già nella fase finale della fusione. Le coppie sono però candidati plausibili a essere progenitrici di future fusioni tra galassie e buchi neri su scale di kiloparsec. La loro identità precisa come nuclei in accrescimento e i tempi di eventuali fusioni dovranno essere verificati con ulteriori osservazioni. 81

Se entrambi i membri di una coppia ospitano un buco nero in accrescimento, una fusione galattica potrebbe convogliare nuovo gas verso il sistema e combinare le masse dei due buchi neri. Fusioni ripetute, insieme all’accrescimento di materia, offrirebbero così una possibile via per formare buchi neri supermassicci in un intervallo di tempo relativamente breve dopo il Big Bang. 8

Questo punto è importante perché le LRD sono considerate candidate a tracciare una fase precoce della crescita dei buchi neri supermassicci, ma non è ancora chiaro quale meccanismo spieghi la loro crescita apparentemente così rapida. 81

La fusione non è l’unica spiegazione

Un’ipotesi alternativa, o complementare, è che il principale motore sia un accrescimento di gas eccezionalmente intenso, senza che le fusioni rappresentino necessariamente il fattore dominante. Secondo alcuni modelli e studi spettroscopici, le LRD potrebbero essere nuclei galattici attivi immersi in involucri molto densi e otticamente spessi: strutture capaci sia di fornire combustibile al buco nero sia di modificare il colore rosso osservato. 32

Le due interpretazioni non si escludono a vicenda. Un ambiente ricco di gas potrebbe sostenere un accrescimento elevato prima, durante e dopo una fusione. Le osservazioni disponibili, tuttavia, non permettono ancora di stabilire quale quota della crescita dei primi buchi neri sia dovuta alle fusioni e quale all’accrescimento diretto. 83

Cosa potrà chiarire il Webb

Applicare la selezione pixel per pixel a campioni JWST più ampi e profondi permetterà di misurare con maggiore precisione la frequenza delle coppie e la loro funzione di correlazione su piccola scala. Gli astronomi potranno verificare quanto spesso una LRD abbia una compagna vicina e come questo tasso cambi con il redshift e la luminosità. 8

Queste misure potrebbero servire a stimare i tassi di fusione e le masse dei possibili sistemi binari di buchi neri nell’universo primordiale, migliorando anche le previsioni per futuri osservatori di onde gravitazionali spaziali come LISA e per i progetti di rivelatori nella banda dei decihertz. 5

Per ora, dunque, lo studio offre una solida evidenza di un eccesso di coppie ravvicinate di Little Red Dots. Non è ancora una rilevazione diretta di buchi neri in fusione né delle onde gravitazionali prodotte da questi eventi. 8