Ogni galassia principale nell’universo vicino ha un buco nero supermassiccio al centro. La massa di questi buchi neri sembra avere qualcosa a che fare con la massa delle stesse galassie ospiti. Ma stimare le masse di buchi neri supermassicci distanti è una sfida. Gli astronomi estrapolano da ciò che sappiamo sulle galassie vicine per stimare le masse dei buchi neri distanti, ma non è una misurazione completamente accurata.

Un astrofisico dell’Università del Colorado a Boulder, Joseph Simon, ha recentemente suggerito che potrebbe esserci un modo migliore per misurare la massa di un buco nero, e il suo modello suggerisce che i primi buchi neri potrebbero essere molto più grandi di quanto suggeriscono altre previsioni.

“Abbiamo misurazioni davvero buone delle masse dei buchi neri supermassicci per la nostra galassia e per le galassie vicine. Non abbiamo lo stesso tipo di misurazioni per le galassie lontane. Simon ha detto in un comunicato stampa.

Ma ci sono modi per rendere queste ipotesi più accurate. Simon ha utilizzato una misura nota come dispersione di velocità, essenzialmente raccogliendo informazioni sulla diffusione delle velocità di tutte le stelle gravitazionalmente legate in orbita all’interno di una galassia. Queste informazioni possono essere raccolte utilizzando gli spettri della galassia.

Quello che ha scoperto è che le galassie ad alto redshift – quelle che sono sempre più lontane nel tempo – sembrano avere buchi neri di massa molto maggiore nei loro nuclei di quanto si pensasse in precedenza.

“Ci si aspettava che si vedessero questi sistemi davvero massicci solo nell’universo vicino. Ci vuole tempo perché i buchi neri crescano”, dice Simon.Ma potrebbe non essere così.

“Stiamo iniziando a vedere da una varietà di fonti diverse che c’erano cose molto enormi nell’universo fin dall’inizio”, dice.

All’inizio di quest’anno, ad esempio, il JWST ha rilevato sei galassie ad alto spostamento verso il rosso con masse molto più grandi di quanto si pensasse possibile.

I calcoli di Simon indicano che anche i buchi neri supermassicci sembrano formarsi prima e diventare più grandi.

Il lavoro di Simon fa parte di un progetto molto più ampio intrapreso da nanografia Collaboration (North American Nanohertz Gravitational-Wave Observatory). NANOGrav sta cercando di trovare prove dello sfondo delle onde gravitazionali: un’increspatura costante di onde a basse frequenze attraverso l’universo. Questo può includere le onde delle collisioni di buchi neri supermassicci che possono verificarsi quando le galassie si fondono: questi eventi sono troppo grandi e lenti per rivelatori come Lego Per osservare: è meglio impostare per catturare esplosioni energetiche veloci, come la collisione di stelle di neutroni.

“Comprendere le masse dei buchi neri è fondamentale per alcune di queste domande fondamentali come lo sfondo delle onde gravitazionali, ma anche come crescono le galassie e come si è evoluto il nostro universo”, afferma Simon.

NANOGrav ha avuto un certo successo negli ultimi anni osservando le pulsar, stelle di neutroni rotanti che pulsano regolarmente a intervalli di millisecondi. La matrice di temporizzazione degli impulsi monitora i cambiamenti imprevisti nella temporizzazione degli impulsi. Eventuali irregolarità nell’arrivo degli impulsi possono indicare una distorsione dovuta alle onde gravitazionali.

NANOGrav ha visto alcune prove provvisorie, utilizzando più di 12 anni di dati, per lo sfondo delle onde gravitazionali. E nel giugno 2023, sono stati anche in grado di utilizzare questo metodo per escludere eventuali fusioni di buchi neri da 1 miliardo di massa solare entro 300 milioni di anni luce.

Per modellare meglio gli ammassi di buchi neri supermassicci nell’universo primordiale, le loro collisioni e il conseguente sfondo di onde gravitazionali, è essenziale ottenere una misurazione accurata delle loro masse. Gli sforzi di Simon sono il primo passo per ridurre l’incertezza degli scienziati sulle masse dei lontani buchi neri supermassicci e renderanno più accurati i modelli futuri della prima evoluzione galattica.

Saperne di più:

Giuseppe Simone,Esplorazione di proxy per la funzione della massa massiccia di un buco nero: implicazioni per le matrici temporali delle pulsar“,” Lettere del diario astrofisico.

Daniele Ceppo,”Il peso dei misteriosi buchi neri in agguato nei cuori delle galassie,Università della California, Masso.

Immagine di presentazione: Rappresentazione artistica di un buco nero supermassiccio (Credito immagine: NASA/JPL-Caltech).