I quasar più antichi dell’universo appena scovati dal telescopio spaziale Euclid stanno riscrivendo quello che sappiamo sui primi buchi neri. Questi oggetti brillano con un’intensità enorme quando gas e polvere precipitano verso il buco nero supermassiccio che sta al centro di una galassia, e proprio per questo motivo sono tra i corpi celesti più luminosi che esistano. Visibili anche a miliardi di anni luce di distanza, funzionano un po’ come fari che permettono di scrutare l’universo primordiale.
Per capire quanto lontano stiamo guardando serve un indicatore chiamato spostamento verso il rosso, o redshift. In pratica misura di quanto si allunga la lunghezza d’onda della luce di un corpo celeste a causa dell’espansione dell’universo. Più il valore è alto, più indietro nel tempo stiamo osservando. Dal 2011, quando venne rilevato per la prima volta un quasar con redshift superiore a 7, nei quindici anni successivi ne erano stati trovati appena nove di età comparabile.
Un record grazie alla luce visibile, all’infrarosso e al machine learning
Ecco perché il risultato di Euclid, il telescopio dell’Agenzia Spaziale Europea, fa parlare gli astronomi. Ha individuato ben 31 nuovi quasar, e di questi 12 hanno un redshift superiore a 7. Un colpo notevole, considerando che appena un anno e mezzo dopo l’avvio dello studio a campo largo di Euclid il numero di quasar noti con redshift oltre 7 è raddoppiato. Tra questi spiccano due corpi celesti con redshift di 7,69 e 7,77, che superano quello di 7,64 registrato nel 2021. Si trovano a più di 13.000 milioni di anni luce dalla Terra e mostrano com’era l’universo quando erano trascorsi solo circa 670 milioni di anni dalla sua nascita.
Trovare quasar così primitivi è complicatissimo. Quelli formatisi meno di 770 milioni di anni dopo il Big Bang sono rarissimi, perché poche galassie erano cresciute abbastanza da ospitarli. In più la loro luce debole si confonde facilmente con quella delle stelle della Via Lattea. C’è poi un altro ostacolo, la luce di questi quasar lontani si sposta dall’ultravioletto all’infrarosso vicino, la stessa banda in cui brilla anche l’atmosfera terrestre. Ecco perché cercarli dalla Terra sembrava quasi impossibile. La svolta è arrivata combinando gli studi a campo largo di Euclid, che opera fuori dall’atmosfera, con il machine learning.
Il mistero dei primi buchi neri supermassicci
Il metodo ha funzionato così, dagli osservatori spaziali sono stati selezionati 123 candidati filtrando decine di milioni di oggetti celesti con algoritmi statistici capaci di stanare i cuasar nascosti tra stelle e galassie simili. Poi sono arrivate le osservazioni spettroscopiche con il telescopio Keck alle Hawaii, il Magellano in Cile e il Grande Telescopio Binoculare in Arizona, che hanno confermato 31 quasar autentici. Prima bisognava trovarli uno alla volta, adesso c’è un campione abbastanza ampio da permettere analisi statistiche sistematiche.
“Questi oggetti possono rappresentare una pista importante per capire il processo di formazione dei buchi neri supermassicci”, spiega Joseph Henawy, professore all’Università della California a Santa Barbara e all’Università di Leida. “Questi mostri, con una massa miliardi di volte superiore a quella del Sole, esistevano già, per qualche ragione, quando l’universo era appena nato”.
Tra polvere e gas
Uno studio più dettagliato sul secondo quasar più antico ha rivelato che si trova all’interno di una galassia ricca di polvere e gas, dove è in corso un’intensa formazione stellare. Un indizio prezioso per capire in che ambiente sono cresciuti i primi buchi neri. Questi corpi celesti risalgono all’epoca detta della reionizzazione dell’universo, quando nacquero le prime stelle e galassie e l’idrogeno neutro che riempiva lo spazio venne caricato elettricamente.
Il gruppo di ricerca punta ora sul telescopio spaziale James Webb per misurare la massa di ciascun buco nero e analizzare la composizione chimica del gas. In programma c’è anche l’uso del telescopio ALMA, nel nord del Cile, per indagare polvere, gas e attività di formazione stellare nelle galassie che ospitano questi quasar. “L’obiettivo finale è unire tutti questi risultati in un’unica linea temporale per completare la cronaca dei cuasar del primo miliardo di anni dell’universo”, dice Henawy. Se venisse scoperto un quasar con redshift superiore a 8, si potrebbe svelare l’immagine dei corpi celesti dei primi 630 milioni di anni dalla nascita dell’universo.