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Buco nero mostruoso trovato nell’universo primordiale

Buco nero mostruoso trovato nell’universo primordiale

Gli astronomi hanno scoperto il secondo quasar più distante mai trovato utilizzando tre osservatori Maunakea alle Hawai’i: WM Keck Observatory, International Gemini Observatory, un programma del NOIRLab di NSF e il Regno Unito Infrared Telescope di proprietà dell’Università dell’Hawai’i (UKIRT ). È il primo quasar a ricevere un nome indigeno hawaiano, Poniua’ena, che significa “fonte di creazione rotante invisibile, circondata da splendore” in lingua hawaiana.

Poniua’ena è solo il secondo quasar ancora rilevato a una distanza calcolata in uno spostamento verso il rosso cosmologico maggiore di 7,5 e ospita un buco nero grande il doppio dell’altro quasar conosciuto nella stessa epoca. L’esistenza di questi enormi buchi neri in tempi così precisi sfida le attuali teorie su come i buchi neri supermassicci si siano formati e cresciuti nel giovane universo.

La ricerca è stata accettata in Astrophysical Journal Letters .

I quasar sono gli oggetti più energici dell’universo alimentati dai loro buchi neri supermassicci e dalla loro scoperta, gli astronomi sono stati desiderosi di determinare quando sono comparsi per la prima volta nella nostra storia cosmica. Cercando sistematicamente questi oggetti rari in rilievi del cielo su vasta area, gli astronomi hanno scoperto il quasar più distante (chiamato J1342 + 0928) nel 2018 e ora il secondo più distante, Poniua’ena (o J1007 + 2115, a spostamento rosso 7.515). La luce vista da Poniua’ena ha viaggiato nello spazio per oltre 13 miliardi di anni da quando ha lasciato il quasar appena 700 milioni di anni dopo il Big Bang.

Osservazioni spettroscopiche dell’Osservatorio Keck e dell’Osservatorio Gemelli mostrano che il black hole supermassiccio che alimenta Poniua’ena è 1,5 miliardi di volte più massiccio del nostro Sole.

Poniua’ena è l’oggetto più distante conosciuto nell’universo che ospita un buco nero che supera un miliardo di masse solari “, ha affermato Jinyi Yang, un ricercatore post-dottorato presso lo Steward Observatory dell’Università dell’Arizona e autore principale dello studio.

Affinché un black hole di queste dimensioni si formi così presto nell’universo, dovrebbe iniziare come un buco nero di “seme” da 10.000 masse solari circa 100 milioni di anni dopo il Big Bang, piuttosto che crescere da un buco nero molto più piccolo formato da il crollo di una sola stella.

“Come può l’universo produrre un buco nero così massiccio così presto nella sua storia?” ha detto Xiaohui Fan, professore di Reggenti e capo dipartimento associato del Dipartimento di Astronomia dell’Università dell’Arizona. “Questa scoperta rappresenta la più grande sfida finora per la teoria della formazione e della crescita del buco nero nell’universo primordiale.”

La teoria attuale sostiene la nascita di stelle e galassie come sappiamo che sono iniziate durante l’epoca della reionizzazione, a partire da circa 400 milioni di anni dopo il Big Bang. Si ritiene che la crescita dei primi buchi neri giganti sia avvenuta durante quella stessa era nella storia dell’universo.

La scoperta di quasar come Poniua’ena, in profondità nell’epoca della reionizzazione, è un grande passo verso la comprensione di questo processo di reionizzazione e la formazione di Black hole supermassicci e massicce galassie. Poniua’ena ha posto nuovi e importanti vincoli sull’evoluzione della materia tra galassie (mezzo intergalattico) nell’epoca della reionizzazione.

“Poniua’ena si comporta come un faro cosmico. Mentre la sua luce percorre il lungo viaggio verso la Terra, il suo spettro è alterato dal gas diffuso nel mezzo intergalattico che ci ha permesso di individuare quando si è verificata l’epoca della reionizzazione”, ha detto il co-autore Joseph Hennawi , professore presso il Dipartimento di Fisica dell’Università della California, Santa Barbara.

METODOLOGIA

Il team di Yang ha scoperto per la prima volta Poniua’ena come un possibile quasar dopo aver esaminato vaste aree come il UKIRT Hemisphere Survey e i dati del telescopio Pan-STARRS1 dell’University of Hawai’i Institute for Astronomy sull’isola di Maui.

Nel 2019, i ricercatori hanno osservato l’oggetto utilizzando lo strumento GNIRS dell’Osservatorio Gemini e lo spettrografo a infrarossi vicino all’osservatorio di Keck (NIRES) per confermare l’esistenza di Poniua’ena.

“I dati preliminari di Gemini suggeriscono che questa potrebbe essere un’importante scoperta. Il nostro team aveva osservato il tempo programmato a Keck solo poche settimane dopo, perfettamente sincronizzato per osservare il nuovo quasar usando lo spettrografo NIRES di Keck per confermare che il suo spostamento estremamente rosso e misurare la massa del suo buco nero “, ha detto il coautore Aaron Barth, professore presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università della California, Irvine.

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