Se i primi buchi neri crollassero direttamente, potremmo rilevare i segnali radio da quei momenti?
L'universo è disseminato di buchi neri supermassicci. Ce n'è uno a soli 30.000 anni luce di distanza nel centro della Via Lattea. La maggior parte delle galassie ne ha una e alcune sono più massicce di un miliardo di stelle. Sappiamo che molti buchi neri supermassicci si sono formati all'inizio dell'universo. Ad esempio, il quasar TON 618 è alimentato da un buco nero di 66 miliardi di massa solare. Poiché la sua luce viaggia per quasi 11 miliardi di anni per raggiungerci, TON 618 era già enorme quando l'universo aveva solo pochi miliardi di anni. Quindi, come hanno fatto questi buchi neri a crescere così massicci così rapidamente?
Un'idea è che alcuni dei le prime stelle erano giganti. Con una massa di oltre 10.000 Soli, una stella del genere avrebbe vita molto breve e collasserebbe rapidamente in un grande buco nero. Questi primi buchi neri agirebbero come semi al centro di una galassia, consumando materiale vicino per crescere rapidamente di dimensioni. Alcuni di loro potrebbero persino scontrarsi e fondersi per formare un buco nero ancora più grande. Sebbene sia un modello ragionevole, le simulazioni al computer rilevano che questo processo richiede troppo tempo. Questo processo non può produrre il tipo di buchi neri che vediamo nell'universo primordiale come TON 618.
Un'immagine diretta del buco nero supermassiccio in M87. Credito: collaborazione EHT
Un'altra idea è nota come scenario del collasso diretto. In questo modello, un piccolo buco nero supermassiccio si forma tutto in una volta. Il gas denso nel mezzo di una proto-galassia si raffredda abbastanza da collassare sotto il suo stesso peso, formando un buco nero. Poiché questi buchi neri avrebbero un vantaggio sulla massa, possono crescere rapidamente nei buchi neri supermassicci che osserviamo.
Finora non siamo stati in grado di osservare un buco nero a collasso diretto (DCBH). Alcuni anni fa un paio di DCBH candidati sono stati scoperti dai loro segnali a infrarossi. Questi potrebbero essere confermati quando i telescopi spaziali James Webb saranno (forse) lanciati entro la fine dell'anno. Ma recentemente uno studio sostiene che potremmo osservare i DCBH dalle loro firme radio.
Quando i buchi neri consumano attivamente la materia vicina, possono creare potenti getti di plasma caldo. Questi getti sono ad alto volume radio e sono uno dei modi in cui identifichiamo i buchi neri supermassicci. I buchi neri a collasso diretto dovrebbero avere getti simili, ma il materiale del getto sarebbe più denso. E poiché i DCBH si formerebbero nell'universo primordiale, i loro segnali radio sarebbero più spostati verso il rosso. Quest'ultimo lavoro sostiene che la firma radio dei DCBH sarebbe simile nella struttura, ma facilmente distinguibile dai getti radio che vediamo oggi. La firma differirebbe anche dai getti creati dai semi di buchi neri.
Sfortunatamente, queste sorgenti radio ad alto redshift non possono essere viste dagli attuali radiotelescopi. Ma dovrebbero essere abbastanza luminosi da essere rilevati dallo Square Kilometer Array (SKA) e dal Very Large Array (ngVLA) di prossima generazione proposto.
Riferimento:Yue, B. e A. Ferrara. “ Segnali radio dai primi buchi neri a collasso diretto . 'Avvisi mensili della Royal Astronomical Society506.4 (2021): 5606-5618.