JWST: buchi neri e galassie antiche sfidano le teorie

Il telescopio spaziale James Webb ha rivelato centinaia di enigmatici "puntini rossi" comparsi circa 650 milioni di anni dopo il Big Bang, mettendo in discussione la comprensione dell'universo primordiale da parte degli astronomi. Questi oggetti, mai visti prima dell'entrata in funzione del telescopio nel 2022, sono tra i vari misteri, inclusi buchi neri che sembrano incredibilmente grandi per la loro età e antiche galassie che sfidano le teorie consolidate sull'evoluzione cosmica.

L'astrofisica Charlotte Mason del Cosmic Dawn Center di Copenaghen ha analizzato lo spettro della luce di uno di questi puntini rossi. Se gli oggetti fossero buchi neri avvolti in dense nubi di gas, parte della luce dovrebbe essere alterata passando attraverso il gas, ma l'analisi del suo team non ha mostrato questo effetto. Mason ora sospetta che il gas possa essere grumoso, con buchi che permettono alla luce di fuoriuscire, il che potrebbe corrispondere meglio alle osservazioni.

I buchi neri individuati da JWST nell'universo primordiale hanno masse fino a un miliardo di volte quella del Sole, rappresentando una sfida importante per i teorici. "Per farli diventare così grandi così in fretta, bisogna fare delle acrobazie", ha detto Jenny Greene, astrofisica all'Università di Princeton. Il collasso stellare standard produrrebbe buchi neri seme di circa 100 masse solari, ma raggiungere un miliardo di masse solari rapidamente richiede un'"alimentazione forzata" oltre il limite di Eddington. Simulazioni recenti indicano che l'accrescimento super-Eddington potrebbe verificarsi se il disco di accrescimento si gonfia, permettendo al gas di fluire a velocità straordinarie. Nel 2024, JWST ha osservato un buco nero risalente a circa 1,5 miliardi di anni dopo il Big Bang che accresceva materia a 40 volte il limite di Eddington.

Un altro puntino rosso, risalente a circa 750 milioni di anni dopo il Big Bang e lente gravitazionale da un ammasso di galassie in primo piano, è stato identificato come un buco nero supermassiccio "nudo" di circa 50 milioni di masse solari. Senza stelle circostanti distinguibili, questo oggetto potrebbe essersi formato attraverso il collasso diretto di una nube di gas piuttosto che da un seme stellare.

Anche le galassie primordiali sono sorprendentemente luminose. Rachel Somerville, ricercatrice senior al Flatiron Institute, ha presentato nuove simulazioni a un incontro a Helsingør, in Danimarca, nell'aprile 2026. Ha spiegato che la formazione stellare aumenta significativamente circa 420 milioni di anni dopo il Big Bang, e dopo 550 milioni di anni emerge una "bella galassia". La galassia più antica trovata da JWST esisteva solo 280 milioni di anni dopo il Big Bang. Le spiegazioni proposte per la luminosità includono una formazione stellare più efficiente, esplosioni periodiche o la creazione di stelle estremamente massicce.

Lo strumento a medio infrarosso di JWST ha rivelato che le galassie primordiali sono sorprendentemente diverse. Alcune sembrano aver eliminato gas e polvere, mostrando solo stelle nude, mentre altre rimangono ricche di gas. Un'eccessiva abbondanza di azoto in certe galassie suggerisce la presenza di molte stelle molto massicce che sono esplose come supernove, seminando le galassie con questo elemento.

Queste osservazioni si collegano all'epoca della reionizzazione, quando la radiazione delle prime galassie e dei buchi neri ionizzò l'idrogeno neutro, ponendo fine all'età oscura cosmica. Le prime stelle, pensate per essere centinaia o migliaia di volte più massicce del Sole, forgiarono elementi pesanti e li dispersero attraverso le supernove. "Stiamo guardando indietro a ciò che ci ha creati", ha detto Lise Christensen, astrofisica al Cosmic Dawn Center.