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Le immagini del telescopio spaziale James Webb stanno costringendo gli astronomi a rimettere mano alla storia dell’origine dell’universo, perché quello che si vede nei primi miliardi di anni dopo il Big Bang non torna con le teorie costruite finora. Charlotte Mason, astrofisica del Cosmic Dawn Center di Copenaghen, per capirci qualcosa disegna. Si definisce una persona molto visiva e riempie pagine di schizzi, ultimamente tutti dedicati agli stessi oggetti: i piccoli punti rossi, centinaia di macchie individuate nelle immagini del telescopio e mai osservate prima che entrasse in funzione nel 2022. Oggi si sa che hanno iniziato a comparire in quantità significativa circa 650 milioni di anni dopo il Big Bang.
Le ipotesi più recenti li descrivono come buchi neri avvolti in una densa nube di gas, forse una categoria di oggetti del tutto nuova battezzata “stella di buco nero”, dove l’involucro gassoso emette luce come farebbe l’atmosfera di una stella. Mason disegna un cerchietto pieno, ci aggiunge un disco che attraversa il centro, poi un cerchio più grande tutto intorno. Solo che il suo gruppo ha analizzato lo spettro della luce emessa da uno di questi punti rossi e, se lo scenario della nube compatta fosse corretto, parte della luce avrebbe dovuto risultare alterata passando attraverso il gas. Non è successo. Così si ricomincia, stavolta immaginando il gas raggruppato in grumi, con dei buchi tra le nubi.
James Webb: buchi neri troppo grandi per la loro età
Il capitolo più spinoso riguarda i buchi neri antichi che il James Webb continua a scovare e che risultano enormi rispetto al tempo a disposizione per crescere. Poco dopo il Big Bang l’universo era sostanzialmente liscio e privo di strutture, eppure qualche centinaio di milioni di anni più tardi, come racconta Jenny Greene dell’Università di Princeton, si vedono già crescere buchi neri con la massa di miliardi di soli. Per arrivarci così in fretta, dice, bisogna fare giochi di prestigio.
Contano due cose: quanto era massiccio il “seme” iniziale e quanto in fretta è cresciuto. Oggi i buchi neri nascono dal collasso del nucleo di una stella massiccia rimasta senza carburante, e le prime stelle, piuttosto grandi, potrebbero aver lasciato semi da un centinaio di masse solari. Arrivare al miliardo, però, richiede un’alimentazione forzata. C’è di mezzo il limite di Eddington. La materia che cade scaldandosi genera radiazione che respinge il materiale in arrivo, mettendo un tetto all’appetito. Simulazioni recenti suggeriscono però una porta di servizio, con dischi di accrescimento gonfiati in modo tale da far vincere al gas la pressione della radiazione, incanalandolo a velocità straordinarie.
Restano le alternative. Antichi ammassi stellari densi che avrebbero prodotto molti semi fusi rapidamente tra loro, oppure il collasso diretto di colossali nubi di gas, capace di generare un seme da circa 10.000 masse solari. Il problema, ammette Greene, è che servono condizioni perfette, composizioni chimiche particolari e una nube che ruota lentamente senza frammentarsi in stelle. Al computer funziona, ma non in quantità sufficiente a spiegare tutti i buchi neri osservati. Le prove giocano su più tavoli.
Nel 2024 il James Webb ha osservato un buco nero risalente a circa 1,5 miliardi di anni dopo il Big Bang divorare materia a un ritmo pari a circa 40 volte il limite di Eddington. Più di recente, un piccolo punto rosso di circa 750 milioni di anni dopo il Big Bang, amplificato dalla lente gravitazionale di un ammasso in primo piano, è stato interpretato come un buco nero supermassiccio “nudo” da 50 milioni di masse solari, senza stelle percepibili attorno.
Galassie troppo luminose e filamenti di gas
Stesso schema con le prime galassie, che al telescopio appaiono troppo brillanti. Circa 200 milioni di anni dopo il Big Bang l’universo era piccolo, denso e caldo, poi la materia oscura si è addensata in aloni la cui gravità ha attirato idrogeno ed elio lungo enormi filamenti, fino ad accendere per fusione nucleare le prime stelle. Rachel Somerville, del Flatiron Institute di New York, spiega che non accade granché fino a un redshift intorno a 15, cioè 270 milioni di anni dopo il Big Bang, quando lungo quei filamenti inizia a scorrere una gran quantità di gas. Le sue nuove simulazioni sono state presentate ad aprile 2026 a Helsingør, in Danimarca, davanti a oltre 100 ricercatori arrivati da tutto il mondo per discutere gli enigmi dell’infanzia del cosmo.
