I giganteschi buchi neri supermassicci al centro di apparentemente ogni galassia sono tra gli oggetti più affascinanti ed estremi conosciuti dall'astronomia e dalla cosmologia moderne. Con masse ben al di sopra di milioni, e talvoltamiliardiquello del nostro Sole, è quasi impossibile comprendere le straordinarie dimensioni di questi leviatani celesti. Uno dei grandi misteri dell'astrofisica moderna è rispondere a come siano nati oggetti così enormi. In un comunicato stampa pubblicato il 10 marzo, i ricercatori propongono che le origini dei buchi neri supermassicci possano risiedere in stelle di prima generazione estinte da tempo, con masse molto al di sopra delle stelle più massicce dell'Universo moderno. Non solo propongono l'esistenza di tali giganti, ma suggeriscono anche di aver trovato un modo per rilevare un particolare sottoinsieme di queste stelle. Questa svolta è grazie al nostro vecchio amico, La teoria della relatività generale di Einstein.
Le stelle più massicce dell'Universo oggi pesano quasi 150 masse solari . Si ritiene che le stelle primordiali supermassicce che si pensa siano l'origine o il seme dei buchi neri supermassicciordini di grandezzapiù massiccio. Stiamo parlando della gamma di massa solare 10.000-100.000! Quando le stelle entrano in questo regime di massa, il loro comportamento è nettamente diverso da quello di stelle più moderne e modestamente massicce.
Un modello che mostra il comportamento previsto di una supernova di una stella supermassiccia.Credito Dr. Ke-Jung Chen, ASIAA
Quando queste vaste stelle si esauriscono alla fine della loro vita, la gravità è così forte che possono collassare direttamente in un buco nero senza le spettacolari esplosioni di supernova che oggi associamo alla morte di una stella massiccia. Questo pone un vero problema quando si tratta di rilevare questi eventi. Ovviamente, i buchi neri sono scuri e senza una supernova brillante e caratteristica, queste stelle estreme sarebbero rese essenzialmente non rilevabili. Tieni presente che dal momento che queste stelle sono esistite solo per un breve periodo durante le prime fasi della formazione delle galassie nel giovane Universo. Possiamo vedere i loro quartieri solo guardando a miliardi di anni luce di distanza, e quindi miliardi di anni nel passato.
Ho parlato con uno dei principali ricercatori della soluzione ingegnosa e relativistica a questo mistero apparentemente irrisolvibile. Dr. Ke-Jung Chen di Istituto di Astronomia e Astrofisica Academia Sinica di Taipei, Taiwan, ha commentato un 'punto debole' nella massa di queste stelle rivelato da un'ampia modellazione.
Un altro modello di supernova che il dottor Chen ha soprannominato 'brainstar'. Credito Credito Dr. Ke-Jung Chen, ASIAA
'Il modello ha mostrato che a circa 55.000 masse solari, c'era un comportamento molto interessante dovuto alla relatività generale'. Chen ha spiegato, '...perché Einstein dice che l'energia diTutto quanto,fotoni, gas, ecc., contribuiscono al campo gravitazionale. La pressione inizia a contribuire al campo gravitazionale... inizia una violenta reazione nucleare e poi rilascia una grande quantità di energia e un'esplosione di supernova'.
Il Dr. Chen ha continuato spiegando che ciò si verifica solo nel punto debole di 55.000 masse solari. Meno di questo e il contributo relativistico è troppo piccolo per causare queste particolari reazioni nucleari violente. Di più e la gravità è così estrema che tutto finisce all'interno del buco nero e tutto ciò che vediamo è oscurità. Con i miliardi di galassie ai margini dell'universo osservabile, è incredibilmente probabile che almeno alcuni di questi riccioli d'oro di 55.000 supernove di massa solare siano rilevabili.
Un'altra domanda che viene subito in mente quando si considerano questi giganti stellari primordiali: perché non vediamo stelle di queste dimensioni nell'Universo moderno?
I buchi neri supermassicci come quello al centro della galassia M87 (nella foto sopra dalle famose osservazioni del telescopio dell'orizzonte degli eventi del 2019) sono milioni o miliardi di volte la massa del sole. Le loro misteriose origini possono essere spiegate da stelle primordiali supermassicce nell'Universo primordiale. Credito: collaborazione Event Horizon Telescope
“Crediamo che una stella supermassiccia possa formarsi solo nell'Universo primordiale. Ciò è dovuto ai metalli, cioè elementi diversi dall'idrogeno e dall'elio. Nel Big Bang abbiamo solo idrogeno ed elio e una piccola quantità di litio. Non abbiamo carbonio, ossigeno, elementi necessari per creare la vita, ecc. Poiché questi elementi (metalli) hanno grandi numeri atomici e molti elettroni nelle loro orbite, possono formare molecole e composti. Questo raffredderà il gas (intorno) in modo efficiente, portando al collasso e alla formazione di un ammasso stellare”. Essenzialmente, senza elementi pesanti che portano al raffreddamento locale e alla condensazione delle nubi di gas, un grande volume di gas nell'ambiente prevalentemente di idrogeno ed elio dell'Universo primordiale ha maggiori probabilità di collassare in una stella supermassiccia piuttosto che in una moltitudine di stelle come vediamo in gli ammassi aperti dell'Universo moderno. Questa conversazione mette in luce anche una divertente abitudine degli astronomi che fa impazzire alcuni chimici, che si riferisce a tutti gli elementi più pesanti dell'idrogeno e dell'elio come metalli!
Chen ha descritto le sue speranze di rilevare le supernovae caratteristiche di quelle stelle supermassicce la cui massa si trova proprio sul punto debole di 55.000 masse solari. “Queste osservazioni sono possibili, soprattutto per il prossimo Telescopio spaziale James Webb .” Se è così, le osservazioni faranno luce sulla natura stessa della formazione e dell'evoluzione delle galassie.
Concetto artistico del telescopio spaziale James Webb Credito: Adriana Manrique Gutierrez, animatrice della NASA
La natura fondamentale dei buchi neri supermassicci potrebbe essere collegata a queste stelle supermassicce. Le supernove Sweet Spot potrebbero aprire la strada a una nuova era della cosmologia. Il Dr. Chen esprime un senso di curiosità e una passione per la scoperta e l'esplorazione quando descrive la sua ricerca. È difficile non provare lo stesso senso di eccitazione, sia per i fantastici risultati osservativi e teorici che ci hanno portato qui sia per le massicce scoperte (gioco di parole) proprio dietro l'angolo.
Immagine principale: i colori rivelano complesse interazioni di abbondanza di ossigeno che guidano una supernova in una stella di 55.000 masse solari. Credito Dr. Ke-Jung Chen, ASIAA
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