Nelle fotografie scattate dal telescopio James Webb appare come un semplice puntino rossastro, quasi insignificante. Ma quando gli scienziati hanno analizzato la sua luce nel dettaglio, quel puntino ha rivelato un comportamento sorprendente: ricorda una stella colossale, con dimensioni paragonabili al nostro intero Sistema solare, eppure genera un’energia troppo elevata per trattarsi realmente di una stella.
Il team coordinato da Rohan Naidu, ricercatore al MIT, avanza un’ipotesi originale: al nucleo potrebbe nascondersi un buco nero avvolto da un involucro gassoso enorme e densissimo. Gli scienziati hanno battezzato questa possibile struttura “black hole star”, ovvero stella-buco nero. La ricerca è apparsa sulla rivista Nature con il titolo A Gas Enshrouded and Gas Reddened Black Hole at Cosmic Dawn.
L’oggetto in questione, denominato MoM-BH*-1, risale a un’epoca in cui l’Universo contava appena poche centinaia di milioni di anni di vita. Qualora questa interpretazione trovasse conferma, potrebbe contribuire a svelare la natura dei numerosi little red dots, quei piccoli puntini rossi che il telescopio spaziale continua a scovare nelle immagini dei confini più remoti del cosmo.
Una stella grande come il sistema solare con un buco nero nel cuore
La definizione “stella-buco nero” colpisce l’immaginazione, ma merita un chiarimento. Gli astronomi non stanno parlando di una stella comune che nasconde al suo interno un buco nero come una sorpresa inaspettata.
Il modello ipotizzato funziona diversamente. Nel cuore di MoM-BH*-1 si troverebbe un buco nero con una massa circa 100 mila volte superiore a quella del Sole. Attorno ad esso si estenderebbe un vastissimo guscio di idrogeno, così compatto da apparire, se osservato da grande distanza, quasi come l’atmosfera di una stella gigantesca.
L’energia sprigionata deriverebbe dalla materia che precipita verso il buco nero. Nel momento in cui il gas viene catturato e portato a temperature elevatissime, libera quantità straordinarie di radiazione, un processo molto più efficiente della fusione nucleare che alimenta astri come il nostro Sole.
È proprio l’intensità luminosa di MoM-BH*-1 ad aver smontato la prima ipotesi formulata. Secondo i ricercatori del MIT, l’oggetto sprigiona un’energia circa 100 miliardi di volte maggiore rispetto a quella che qualsiasi stella nota potrebbe fisicamente produrre. Per una stella tradizionale si tratterebbe di un valore impossibile da raggiungere; per un buco nero intento a divorare materia, invece, molto meno.
Un segnale luminoso che ha insospettito gli scienziati
MoM-BH*-1 era stato scoperto nell’ambito di un progetto osservativo denominato Mirage or Miracle, pensato per individuare alcune tra le prime galassie apparse dopo il Big Bang. Fra le numerose sorgenti analizzate, una si distingueva per il colore particolarmente rosso e per la luminosità. Inizialmente si è pensato che la tonalità fosse dovuta alla polvere cosmica, capace di assorbire determinate lunghezze d’onda e far apparire gli oggetti più arrossati. Lo spettro luminoso, però, raccontava tutt’altra vicenda: a specifiche lunghezze d’onda la luce subiva un crollo improvviso e drastico.
Gli esperti definiscono questo fenomeno salto di Balmer: si manifesta quando l’idrogeno assorbe una porzione precisa della radiazione, ed è osservabile anche nelle atmosfere di alcune stelle. In questo caso, tuttavia, il segnale risultava eccezionalmente marcato, come sottolinea Naidu nel comunicato diffuso dal MIT:
È il salto più profondo mai registrato in qualsiasi oggetto celeste.
Le stelle normali, secondo il gruppo di ricerca, non sarebbero in grado di produrre un effetto simile. C’era poi un ulteriore elemento sorprendente: nello spettro di MoM-BH*-1 gli astronomi hanno rilevato quasi esclusivamente idrogeno ed elio, con tracce minime degli elementi più pesanti che gli scienziati chiamano genericamente “metalli”.
Il quadro complessivo diventava sempre più intrigante: una sorgente straordinariamente luminosa, immersa in un gas densissimo, con uno spettro per certi versi simile a quello di un’atmosfera stellare ma con un’energia più coerente con la presenza di un buco nero.
Le simulazioni hanno ricreato una sorta di bozzolo cosmico
Per comprendere quale fenomeno potesse generare quella luce così particolare, i ricercatori hanno testato diverse simulazioni al computer. Una delle domande centrali era piuttosto diretta: è possibile ottenere un oggetto così rosso utilizzando principalmente idrogeno, senza dover ricorrere a enormi quantità di polvere per nasconderlo?
I modelli hanno fornito una risposta affermativa. Sarebbe però necessario un involucro di idrogeno estremamente concentrato, ben diverso dalle sottili nubi gassose tipicamente presenti tra le stelle.
Introducendo nel modello un buco nero attivo al centro e regolandone massa e altri parametri, il team è riuscito a riprodurre in maniera abbastanza fedele la luminosità catturata dal James Webb. Da questa ricostruzione nasce l’ipotesi della stella-buco nero: un potente buco nero centrale celato all’interno di un enorme bozzolo gassoso.
Gli stessi autori dello studio continuano comunque a parlare di un’interpretazione plausibile. MoM-BH*-1 è stato effettivamente osservato; la sua luce e il relativo spettro rappresentano dati concreti. La struttura ipotizzata, con il buco nero centrale avvolto dall’involucro, deriva invece dal modello che, al momento, riesce a spiegare nel modo più convincente quelle osservazioni.
Potrebbe risolvere il mistero dei little red dots scovati dal James Webb
La vicenda si fa ancora più affascinante perché MoM-BH*-1 non rappresenta l’unico puntino rosso comparso davanti agli strumenti del James Webb. Da quando il telescopio ha cominciato a scrutare l’Universo profondo, gli astronomi hanno individuato numerosi little red dots: sorgenti estremamente compatte e rossastre, presenti soprattutto nelle fasi più giovani dell’Universo e decisamente più rare nelle epoche successive.
Chiarire la natura di questi oggetti è diventato uno dei piccoli enigmi dell’era del James Webb. Secondo Naidu e i suoi collaboratori, molte di queste sorgenti potrebbero nascondere strutture simili alla stella-buco nero: giovani buchi neri circondati da quantità enormi di gas. MoM-BH*-1 rappresenterebbe un caso particolarmente evidente, poiché la sorgente centrale risulta talmente luminosa da mettere quasi in secondo piano la galassia che la ospita.
Questa scoperta potrebbe anche aiutare a risolvere un enigma più ampio. Gli astronomi hanno già individuato buchi neri di dimensioni colossali quando l’Universo era ancora estremamente giovane, e stanno cercando di capire come abbiano potuto crescere così rapidamente. Un buco nero immerso in un ambiente ricchissimo di gas avrebbe a disposizione un’enorme quantità di materiale da cui alimentarsi, una sorta di banchetto cosmico disponibile già poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang.
Per il momento, MoM-BH*-1 resta un oggetto la cui interpretazione dovrà essere verificata attraverso ulteriori osservazioni. Il James Webb, però, ha già dimostrato il proprio valore: ha catturato uno dei tanti puntini rossi disseminati nell’Universo primordiale e vi ha scoperto qualcosa che le categorie scientifiche attuali faticano a definire completamente. Una possibile stella grande quanto l’intero Sistema solare, alimentata dal cuore oscuro di un buco nero.
Fonte: Nature