Da dicembre 2021, quando il James Webb Space Telescope (Jwst) ha visto la prima luce a circa 1,5 milioni di chilometri dalla Terra, i ricercatori di tutto il mondo si interrogano sugli enigmatici puntini rossi che spiccano tra le galassie nelle immagini catturate dal telescopio. I cosiddetti little red dots (piccoli punti rossi) erano visibili quando l’universo aveva “solo” alcune centinaia di milioni di anni; circa un miliardo di anni dopo, però, sembrano essere scomparsi. Che cosa erano, dunque?

“I piccoli puntini rossi sono giovani buchi neri, cento volte meno massicci di quanto si pensasse in precedenza, avvolti in un bozzolo di gas, che stanno consumando per crescere. Questo processo genera un calore enorme, che traspare attraverso il bozzolo. Questa radiazione attraverso il bozzolo è ciò che conferisce ai piccoli puntini rossi il loro caratteristico colore rosso”, spiega Darach Watson. Crediti: Darach Watson/Jwst

Si è pensato fossero galassie massicce, abbastanza potenti da essere rilevate da Jwst 13 miliardi di anni dopo. Ma è molto strano che galassie così evolute fossero già presenti così presto nella storia cosmica. Ora, dopo due anni di analisi continua delle immagini con i piccoli punti rossi, i ricercatori del Cosmic Dawn Centre del Niels-Bohr Institute hanno trovato la spiegazione nel fenomeno più potente del nostro universo: i buchi neri.

«I piccoli punti rossi sono giovani buchi neri, cento volte meno massicci di quanto si credesse in precedenza, avvolti in un bozzolo di gas, che stanno consumando per ingrandirsi. Questo processo genera un calore enorme, che traspare attraverso il bozzolo. Questa radiazione attraverso il bozzolo è ciò che conferisce ai piccoli punti rossi il loro caratteristico colore rosso», afferma Darach Watson, ricercatore al Cosmic Dawn Center di Copenhagen e coautore dell’articolo che rivela la natura di questi oggetti, pubblicato oggi su Nature. «Sono molto meno massicci di quanto si credesse in precedenza, quindi non abbiamo bisogno di invocare tipologie di eventi completamente nuovi per spiegarli».

Attualmente sono noti centinaia di piccoli punti rossi. Sebbene siano tra i buchi neri più piccoli mai scoperti, hanno comunque una massa fino a 10 milioni di volte quella del Sole e un diametro di 10 milioni di chilometri.

I buchi neri inghiottono tutto ciò che si trova nelle loro vicinanze e crescono mentre lo divorano. Ma poiché l’orizzonte degli eventi dei buchi neri non è molto vasto, il gas in caduta si riscalda a temperature così elevate da brillare intensamente e rilasciare più energia di qualsiasi altro processo a noi noto. Questa intensa radiazione fa sì che gran parte della materia che il buco nero consuma venga espulsa.

La copertina dell’ultimo numero di Nature è dedicata a questa scoperta. Crediti: Darach Watson/Jwst

«Quando il gas cade verso un buco nero, si muove a spirale verso la superficie del buco nero, formando una sorta di disco o imbuto. Finisce per muoversi così velocemente e viene compresso così intensamente da generare temperature di milioni di gradi e illuminarsi intensamente. Ma solo una piccolissima quantità di gas viene inghiottita dal buco nero. La maggior parte viene espulsa dai poli durante la rotazione del buco nero. Ecco perché chiamiamo i buchi neri mangiatori disordinati», spiega Watson.

La nuova scoperta getta luce sulle fasi iniziali dell’evoluzione dei buchi neri e contribuisce a spiegare come, appena 700 milioni di anni dopo il Big Bang, potessero già esistere buchi neri supermassicci con masse fino a un miliardo di volte quella del Sole. «Abbiamo catturato i giovani buchi neri nel mezzo della loro rapida crescita, in una fase che non avevamo mai osservato prima. Il denso bozzolo di gas che li circonda fornisce il carburante di cui hanno bisogno per crescere molto rapidamente», conclude Watson.

«L’articolo propone un interessante scenario fisico per spiegare le proprietà osservative della nuova, inaspettata popolazione di nuclei galattici attivi distanti scoperta da Jwst, inclusi i little red dots, e sembrerebbe confermare che questa nuova popolazione tracci le prime, rapidissime fasi di accrescimento dei buchi neri supermassicci», commenta a Media Inaf Roberto Gilli, astrofisico di Inaf Bologna, non direttamente coinvolto nello studio ma esperto conoscitore dell’argomento. «Sarà ora interessante verificare se tali oggetti sono presenti e abbondanti anche nell’universo vicino per capire con un maggior dettaglio quali sono i meccanismi che portano alla formazione dei buchi neri supermassicci, uno dei principali misteri dell’astrofisica extragalattica».

Per saperne di più:

• Leggi su Nature l’articolo “Little red dots as young supermassive black holes in dense ionized cocoons” di V. Rusakov, Darach. Watson, G. P. Nikopoulos, Gabriel Brammer, R.Gottumukkala, T. Harvey, Kasper Elm Heintz, R. Damgaard, S. A. Sim, Albert. Sneppen, A. P. Vijayan, N.Adams, D. Austin, C. J. Conselice, C.M. Goolsby, Sune Toft, J. Witstok

Una delle scoperte più sorprendenti dell’astronomia è che la maggior parte delle stelle simili al Sole ospita un pianeta di dimensioni comprese tra la Terra e Nettuno all’interno di un’orbita paragonabile a quella di Mercurio. Queste super-terre e sub-nettuniani sono i pianeti più comuni della nostra galassia, ma la loro formazione è rimasta avvolta nel mistero. Ora, un team internazionale di astronomi ha individuato l’anello mancante: il momento in cui pianeti neonati di un sistema planetario lontano si stanno lentamente trasformando in questi oggetti celesti così numerosi.

Rappresentazione artistica di quattro esopianeti in orbita attorno alla loro stella, la cui intensa radiazione potrebbe riscaldare le loro atmosfere gonfie, causandone la perdita nello spazio. Crediti: Astrobiology Center

«La cosa più entusiasmante è che stiamo assistendo a un’anteprima di quello che diventerà un sistema planetario del tutto normale», dice John Livingston, autore principale dello studio del Centro di astrobiologia di Tokyo, in Giappone. «I quattro pianeti che abbiamo studiato probabilmente si contrarranno in super-terre e sub-nettuniani, i tipi di pianeti più comuni nella nostra galassia, di cui non abbiamo mai avuto un’immagine così chiara negli anni della loro formazione».

Lo studio si è concentrato su V1298 Tau, una stella di circa 20 milioni di anni – un battito di ciglia in termini cosmici rispetto al Sole, che ha 4,5 miliardi di anni. In orbita attorno a questa giovane stella ci sono quattro pianeti giganti, tutti di dimensioni tra Nettuno e Giove, intrappolati in una fase fugace e turbolenta della loro vita, in rapida evoluzione. Questo sistema sembra essere un antenato diretto dei sistemi planetari compatti presenti in tutta la galassia.

Per un decennio, il team ha utilizzato diversi telescopi terrestri e spaziali per misurare con precisione il momento in cui ogni pianeta passava davanti alla stella. Cronometrando questi transiti, gli astronomi hanno scoperto che le orbite dei pianeti non erano perfettamente regolari. La loro configurazione orbitale e la gravità fanno sì che si attraggono a vicenda, accelerando o rallentando leggermente. Queste piccole variazioni temporali, chiamate Transit-Timing Variations (Ttv), hanno consentito al team di misurare con precisione, per la prima volta, le masse dei pianeti.

I risultati sono stati notevoli. I pianeti, nonostante abbiano un raggio da 5 a 10 volte quello terrestre, hanno masse pari a sole 5-15 volte quelle del nostro pianeta. Hanno, cioè, una densità bassissima: sono più simili a zucchero filato di dimensioni planetarie che a mondi rocciosi.

Questo “gonfiore” contribuisce a risolvere un enigma di lunga data nella formazione planetaria. Un pianeta che si forma e si raffredda semplicemente nel corso del tempo sarebbe infatti molto più compatto. L’analisi del team rivela, invece, che questi pianeti devono aver subito una trasformazione radicale nelle prime fasi della loro evoluzione, perdendo rapidamente gran parte delle atmosfere primordiali e raffreddandosi drasticamente con la scomparsa del disco di gas attorno alla loro giovane stella. «Ma sono ancora in evoluzione. Nei prossimi miliardi di anni continueranno a perdere la loro atmosfera e a ridursi significativamente, trasformandosi nei mondi compatti che vediamo in tutta la galassia», aggiunge James Owen, coautore dell’Imperial College di Londra, che ha guidato la modellazione teorica.

«Mi viene in mente il famoso fossile di Lucy, uno dei nostri antenati, un ominide vissuto tre milioni di anni fa, che fu uno dei principali “anelli mancanti” tra scimmie antropomorfe e umani», aggiunge Erik Petigura, coautore dell’Ucla. «V1298Tau è un collegamento fondamentale tra le nebulose che formano le stelle e i pianeti che vediamo in tutto il cielo e i sistemi planetari maturi che abbiamo ormai scoperto a migliaia».

Il sistema V1298 Tau funge oggi da laboratorio per comprendere le origini dei pianeti più abbondanti della Via Lattea, offrendo agli scienziati uno sguardo senza precedenti sulla vita turbolenta e trasformativa dei mondi giovani. Lo studio di sistemi come V1298 Tau potrebbe inoltre aiutare a spiegare perché nel Sistema solare manchino le super-terre e i sub-nettuniani, così comuni altrove nella galassia.

Per saperne di più:

• Leggi su Nature l’articolo “A young progenitor for the most common planetary systems in the Galaxy” di John H. Livingston, Erik A. Petigura, Trevor J. David, Kento Masuda, James Owen, David Nesvorný, Konstantin Batygin, Jerome de Leon, Mayuko Mori, Kai Ikuta, Akihiko Fukui, Noriharu Watanabe, Jaume Orell Miquel, Felipe Murgas, Hannu Parviainen, Judith Korth, Florence Libotte, Néstor Abreu García, Pedro Pablo Meni Gallardo, Norio Narita, Enric Pallé, Motohide Tamura, Atsunori Yonehara, Andrew Ridden-Harper, Allyson Bieryla, Alessandro A. Trani, Eric E. Mamajek, David R. Ciardi, Varoujan Gorjian, Lynne A. Hillenbrand, Luisa M. Rebull, Elisabeth R. Newton, Andrew W. Mann, Andrew Vanderburg, Guðmundur Stefánsson, Suvrath Mahadevan, Caleb Cañas, Joe Ninan, Jesus Higuera, Kamen Todorov, Jean-Michel Désert e Lorenzo Pino