Comunicato Stampa

Un telescopio dell'ESO individua alcune galassie intrappolate nella ragnatela di un buco nero supermassiccio

01 Ottobre 2020

Con l'aiuto del VLT (Very Large Telescope) dell'ESO, alcuni astronomi hanno trovato sei galassie intorno a un buco nero supermassiccio osservato quando l'Universo aveva meno di un miliardo di anni. Questa è la prima volta in cui un raggruppamento così compatto è stato visto così presto dopo il Big Bang e la scoperta ci aiuta a capire meglio come i buchi neri supermassicci, uno dei quali si trova al centro della nostra galassia, la Via Lattea, si siano formati e siano cresciuti fino alle odierne enormi dimensioni così velocemente. La scoperta viene in suupporto alla teoria secondo cui i buchi neri possono crescere rapidamente all'interno di grandi strutture, simili a ragnatele, che contengono gas in quantità sufficiente per alimentarli.

“Questa ricerca è stata guidata principalmente dal desiderio di comprendere alcuni degli oggetti astronomici più impegnativi: i buchi neri supermassicci nell'Universo primordiale. Questi sono sistemi estremi e fino a oggi non abbiamo trovato una spiegazione convincente della loro esistenza", afferma Marco Mignoli, astronomo presso l'Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) di Bologna, Italia, e autore principale della nuova ricerca pubblicata oggi dalla rivista Astronomy & Astrophysics Letters.

Le nuove osservazioni effettuate con il VLT dell'ESO hanno rivelato diverse galassie che circondano un buco nero supermassiccio, tutte contenute da una "ragnatela" cosmica di gas che si estende fino a 300 volte le dimensioni della Via Lattea. "I filamenti della ragnatela cosmica sono proprio come i fili di una ragnatela", spiega Mignoli. "Le galassie si formano e crescono dove i filamenti si incrociano e i flussi di gas - che vanno ad alimentare sia le galassie che il buco nero supermassiccio centrale - possono scorrere lungo i filamenti".

La luce proveniente da questa grande struttura simile a una ragnatela, con il suo buco nero da un miliardo di masse solari, ha viaggiato fino a noi da un tempo in cui l'Universo aveva solo 0,9 miliardi di anni. "Il nostro lavoro colloca un pezzo importante nel puzzle in gran parte incompleto della formazione e crescita di oggetti così estremi, ma relativamente abbondanti, tanto rapidamente dopo il Big Bang", aggiunge il coautore Roberto Gilli, anch'egli astronomo dell'INAF di Bologna, riferendosi ai buchi neri supermassicci

I primissimi buchi neri, che si pensa si siano formati dal collasso delle prime stelle, devono essere cresciuti molto velocemente per raggiungere masse di un miliardo di soli entro i primi 0,9 miliardi di anni di vita dell'Universo. Ma gli astronomi non riuscivano a spiegare come quantità sufficientemente grandi di "combustibile da buchi neri" avrebbero potuto essere disponibili per consentire a questi oggetti di crescere fino a dimensioni così grandi in così poco tempo. La nuova struttura offre una spiegazione ragionevole: la "ragnatela" e le galassie al suo interno contengono abbastanza gas per fornire il carburante di cui il buco nero centrale ha bisogno per diventare rapidamente un gigante supermassiccio.

Ma in primo luogo ci chiediamo come si sono formate strutture simili a una rete così grandi. Gli astronomi pensano che siano fondamentali gli aloni giganti della misteriosa materia oscura. Si ritiene che queste ampie regioni di materia invisibile attraggano enormi quantità di gas nell'Universo primordiale; insieme, il gas e la materia oscura invisibile formano le strutture simili a reti in cui le galassie e i buchi neri possono evolversi.

"La nostra scoperta dà sostegno all'idea che i buchi neri più distanti e massicci si formino e crescano all'interno di aloni massicci di materia oscura in strutture a larga scala e che l'assenza di precedenti rilevamenti di tali strutture fosse probabilmente dovuta a limitazioni delle osservazioni", suggerisce Colin Norman della Johns Hopkins University di Baltimora, negli Stati Uniti d'America e coautore dello studio.

Le galassie che ora vengono rilevate sono tra le più deboli che gli attuali telescopi possano osservare. Questa scoperta ha richiesto osservazioni di diverse ore con i più grandi telescopi ottici disponibili, tra cui il VLT dell'ESO. Utilizzando gli strumenti MUSE e FORS2 installati sul VLT all'Osservatorio dell'ESO al Paranal, nel deserto cileno di Atacama, l'equipe ha confermato il collegamento tra quattro delle sei galassie e il buco nero. "Crediamo di aver visto solo la punta dell'iceberg e che le poche galassie scoperte finora intorno a questo buco nero supermassiccio siano solo le più luminose", conclude la coautrice Barbara Balmaverde, astronoma dell'INAF di Torino, Italia.

Questi risultati contribuiscono alla nostra comprensione di come si sono formati ed evoluti i buchi neri supermassicci e le grandi strutture cosmiche. L'ELT (Extremely Large Telescope) dell'ESO, attualmente in costruzione in Cile, sarà in grado di migliorare questa ricerca osservando molte altre galassie più deboli intorno a buchi neri massicci nell'Universo primordiale utilizzando i suoi potenti strumenti.

Ulteriori Informazioni

Questo risultato è stato presentato nell'articolo “Web of the giant: Spectroscopic confirmation of a large-scale structure around the z = 6.31 quasar SDSS J1030+0524” pubblicato da Astronomy & Astrophysics (doi: 10.1051/0004-6361/202039045).

L'equipe è composta da M. Mignoli (INAF, Bologna, Italia), R. Gilli (INAF, Bologna, Italia), R. Decarli (INAF, Bologna, Italia), E. Vanzella (INAF, Bologna, Italia), B. Balmaverde (INAF, Pino Torinese, Italia), N. Cappelluti (Department of Physics, University of Miami, Florida, USA), L. Cassarà (INAF, Milano, Italia), A. Comastri (INAF, Bologna, Italia), F. Cusano (INAF, Bologna, Italia), K. Iwasawa (ICCUB, Universitat de Barcelona & ICREA, Barcelona, Spagna), S. Marchesi (INAF, Bologna, Italia), I. Prandoni (INAF, Istituto di Radioastronomia, Bologna, Italia), C. Vignali (Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università degli Studi di Bologna, Italia & INAF, Bologna, Italia), F. Vito (Scuola Normale Superiore, Pisa, Italia), G. Zamorani (INAF, Bologna, Italia), M. Chiaberge (Space Telescope Science Institute, Maryland, USA), C. Norman (Space Telescope Science Institute & Johns Hopkins University, Maryland, USA).

L'ESO (European Southern Observatory, o Osservatorio Australe Europeo) è la principale organizzazione intergovernativa di Astronomia in Europa e di gran lunga l'osservatorio astronomico più produttivo al mondo. È sostenuto da 16 paesi: Austria, Belgio, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Irlanda, Italia, Paesi Bassi, Polonia, Portogallo, Regno Unito, Repubblica Ceca, Spagna, Svezia, e Svizzera, oltre al paese che ospita l'ESO, il Cile e l'Australia come partner strategico. L'ESO svolge un ambizioso programma che si concentra sulla progettazione, costruzione e gestione di potenti strumenti astronomici da terra che consentano agli astronomi di realizzare importanti scoperte scientifiche. L'ESO ha anche un ruolo di punta nel promuovere e organizzare la cooperazione nella ricerca astronomica. L'ESO gestisce tre siti osservativi unici al mondo in Cile: La Silla, Paranal e Chajnantor. Sul Paranal, l'ESO gestisce il Very Large Telescope, osservatorio astronomico d'avanguardia nella banda visibile e due telescopi per survey. VISTA, il più grande telescopio per survey al mondo, lavora nella banda infrarossa mentre il VST (VLT Survey Telescope) è il più grande telescopio progettato appositamente per produrre survey del cielo in luce visibile. L'ESO è il partner principale di APEX e di ALMA, il più grande progetto astronomico esistente, sulla piana di Chajnantor. E sul Cerro Armazones, vicino al Paranal, l'ESO sta costruendo l'Extremely Large Telescope o ELT (significa Telescopio Estremamente Grande), un telescopio da 39 metri che diventerà "il più grande occhio del mondo rivolto al cielo".

La traduzione dall'inglese dei comunicati stampa dell'ESO è un servizio dalla Rete di Divulgazione Scientifica dell'ESO (ESON: ESO Science Outreach Network) composta da ricercatori e divulgatori scientifici da tutti gli Stati Membri dell'ESO e altri paesi. Il nodo italiano della rete ESON è gestito da Anna Wolter.

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Questa è una traduzione del Comunicato Stampa dell'ESO eso2016.