Lo scorso 13 marzo è apparso su Nature astronomy uno studio che propone una soluzione a un quesito che tormenta astronomi ed astrofisici da tempo: se per la formazione dei buchi neri supermassivi ci vogliono miliardi di anni, come mai ce ne sono tanti così antichi? Com’è possibile che ne siano comparsi tanti quando l’universo era ancora così giovane?
Cos’è un buco nero
Non credo ci sia qualcuno che non lo sappia ma in poche parole si tratta di un oggetto celeste in cui la forza gravitazionale ha prevalso sulle altre forze fondamentali della natura, si crea quindi una regione di spazio con al centro questo oggetto collassato da cui nemmeno la luce può fuggire (dunque non può essere osservato direttamente). Un buco nero supermassivo ovviamente è un buco nero di dimensioni enormi, si parla di milioni o addirittura miliardi di volte la massa solare, in tempi abbastanza recenti si è arrivati alla conclusione che la maggiore parte, se non tutte le grandi galassie, compresa la nostra Via Lattea, ne abbiano uno al centro.
Ritorniamo alla formazione del buco nero, il buco nero è l’atto finale della vita di stelle molto grandi, anche qui riassumo, non vi sto a fare un trattato di evoluzione stellare, basti dire che le stelle man mano che esauriscono il loro carburante vanno incontro a destini diversi a seconda della loro massa, le stelle oltre una certa massa vanno incontro a una grande esplosione (supernova) quello che rimane della stella collassa per via della forza di gravità, fino a una certa massa il collasso gravitazionale si ferma dando origine a un oggetto densissimo chiamato stella di neutroni (in pratica la gravità è così forte da schiacciare gli elettroni nel nucleo degli atomi e trasformare tutto in neutroni) oltre una certa massa il collasso gravitazionale non si ferma nemmeno a quel punto e si arriva al buco nero. Tutto dipende dalla massa perchè se è vero che l’interazione gravitazionale è di gran lunga la più debole delle quattro forze fondamentali della natura (le prime tre in ordine decrescente sono: interazione nucleare forte, interazione elettromagnetica e interazione nucleare debole) è anche vero che è l’unica che aumenta con la massa. Anche se le stelle grandi bruciano più in fretta e hanno una vita più corta di quella del nostro sole (circa 9 miliardi di anni previsti di cui ha vissuto la metà) facile comprendere che se un buco nero supermassivo si origina in questo modo e poi dall’accrescimento del buco nero consumando altre stelle vicine i tempi di formazione dovrebbero essere lunghissimi. Da qui il mistero sulla loro frequenza anche nei primi miliardi di anni di vita dell’universo.
La teoria proposta nel nuovo studio
Lo studio firmato tra gli altri da John Wise un fisico del Georgia Institute of Technology e da Zoltan Haiman professore di astronomia alla Columbia University, propone un nuovo meccanismo completamente diverso (ovviamente non va a sostituire l’altro ma ad affiancarsi), in cui il buco nero supermassivo non origina da un’esplosione stellare, ma da una galassia abortita! Immaginate la fase di vita dell’universo in cui molte galassie si stavano formando, immaginate che la nube di idrogeno (soprattutto) che si sta condensando per via della gravità abbia vicina un’altra galassia che la bombarda con calore sotto forma di radiazioni che distrugga l’ossigeno molecolare, la formazione stellare quindi si blocca e ciò che rimane collassa in tempi relativamente brevi su scala cosmica (centomila anni) in un buco nero supermassivo. L’idea non è completamente nuova, ma precedentemente si riteneva che la galassia “killer” dovesse essere davvero enorme per essere abbastanza calda da arrestare la formazione stellare nella vicina, il nuovo studio però suggerisce scenari con galassie più piccole e più vicine. Del resto, dichiarano i ricercatori, la galassia che irradia deve essere abbastanza calda da fermare la formazione stellare nella vicina, ma nemmeno eccessivamente calda perchè in quel caso potrebbe far evaporare tutta la nuvola di gas prima che inizi il collasso verso il buco nero supermassivo.
Capire come si formano questi buchi neri ha un’importanza cosmologica fondamentale, da quando sappiamo che i buchi neri non sono delle rarità, ma sopratutto da quando sappiamo che quelli supermassivi sono al centro delle galassie, li abbiamo tolti dall’angolino delle strane meraviglie del cosmo e spostati fra le fondamenta dell’architettura dell’universo.
Roberto Todini
