JWST svela buchi neri nascosti: una coppia vicinissima e un trio mai visto prima

Perché i telescopi precedenti lo avevano mancato: LID-1166 era stato inizialmente segnalato come sorgente di raggi X nel Chandra COSMOS Legacy Survey, ma era rimasto completamente invisibile anche nelle immagini più profonde del telescopio spaziale Hubble . I buchi neri sono sepolti in dense nubi di gas e polvere che bloccano la luce visibile e il vicino infrarosso .

Lo strumento chiave: il team, guidato da Hyewon Suh del NSF NOIRLab, ha utilizzato lo spettrografo nel vicino infrarosso (NIRSpec) di JWST . NIRSpec ha rivelato due sorgenti compatte e luminose separate da 4.900 anni luce, ciascuna delle quali mostrava firme spettrali di gas che vorticava ad alta velocità — segni inequivocabili di buchi neri supermassicci in fase di alimentazione attiva (nuclei galattici attivi, o AGN) . Il co-autore Roberto Decarli ha commentato: 'Questo passo della scoperta è stato possibile solo grazie alle eccezionali capacità di imaging e spettroscopia del JWST, e in particolare del suo strumento NIRSpec. Osservazioni simili da terra sarebbero estremamente difficili a causa della scarsa trasparenza dell'atmosfera a queste lunghezze d'onda.'

Cosa ha aggiunto ALMA: L'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ha rilevato grandi riserve di gas freddo associate a ciascun AGN . Decarli ha osservato che questo 'indica che i due AGN risiedono al centro di due galassie sull'orlo della fusione.' La presenza di un ambiente gassoso freddo intorno a ciascun buco nero ha aiutato a escludere scenari di formazione alternativi ed esotici, confermando una fusione galattica genuina e ricca di gas . Lo studio è stato accettato per la pubblicazione su Nature Astronomy (preprint arXiv:2607.19491) .

Una primizia separata: tre buchi neri attivi in una sola galassia

Uno studio simultaneo, guidato da Hannah Übler del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, ha identificato tre buchi neri supermassicci in fase di accrescimento attivo all'interno dell'unica galassia J0148-4214 . La galassia si trova a oltre 12,5 miliardi di anni luce dalla Terra (redshift z=5,0167), corrispondente a circa 1,2 miliardi di anni dopo il Big Bang .

Configurazione del trio: Due dei buchi neri si trovano vicini tra loro nel centro galattico, separati in proiezione da soli 620 anni luce, il che suggerisce che siano sul punto di fondersi. Un terzo buco nero si trova più lontano, nella regione esterna della galassia, a circa 5.500 anni luce dal centro . Le masse vanno da pochi milioni a circa 80 milioni di masse solari .

Metodo di rilevamento: Il team ha utilizzato il NIRSpec di JWST in modalità Integral Field Unit (NIRSpec-IFS) — spettroscopia spazialmente risolta — per rilevare i buchi neri attraverso le loro impronte spettrali. Ciascuno è stato identificato da un'ampia emissione H-alfa (FWHM 430–2.920 km/s) senza una controparte di riga proibita, una chiara firma del gas in orbita attorno a un buco nero massiccio .

Si tratta della prima evidenza di tre buchi neri supermassicci attivi in un'unica galassia nell'universo lontano . Übler ha dichiarato: 'Ciò suggerisce che i processi nell'universo primordiale fossero efficienti nell'avvicinare buchi neri massicci, preparando il terreno per le fusioni di buchi neri massicci che ci aspettiamo di rilevare con i futuri osservatori di onde gravitazionali.' Lo studio è stato pubblicato su Astronomy & Astrophysics come parte del progetto BlackTHUNDER .

Il significato di queste scoperte

Insieme, i due risultati offrono una nuova finestra su una fase critica della storia cosmica. Mostrano che i buchi neri supermassicci non solo erano presenti, ma erano attivamente in fase di fusione e crescita in ambienti ricchi di gas meno di 1,5 miliardi di anni dopo il Big Bang. La capacità di JWST di vedere attraverso la polvere — utilizzando la luce infrarossa che le lunghezze d'onda più corte non possono penetrare — è stata la chiave per svelare questi sistemi di buchi neri nascosti. Come sottolinea lo studio su LID-1166, telescopi precedenti come Hubble erano ciechi a questi oggetti, avvolti proprio dal gas e dalla polvere che li alimentano .