Quando si parla di James Webb, ci si aspetta sempre qualcosa di sorprendente, ma stavolta il telescopio spaziale ha messo in discussione un ordine che sembrava ben stabilito. Tra i tanti puntini rossi che ha individuato negli ultimi anni in giro per l’Universo, uno in particolare ha riservato una scoperta che ribalta le carte in tavola: un buco nero che pare essersi formato prima della galassia che lo ospita. E non è un dettaglio da poco, perché va contro tutto quello che pensavamo di sapere sulla fisica di questi mostri cosmici.
I numeri raccontano una storia strana. Il buco nero in questione è enorme, con una massa pari a 50 milioni di volte quella del Sole. Vive dentro una galassia minuscola, chiamata Abell 2744-QSO1, che ha un diametro di appena 1.300 anni luce. Per dare un’idea delle proporzioni, la nostra Via Lattea supera i 100.000 anni luce di diametro. Si stima che questa galassia si sia formata 700 milioni di anni dopo il Big Bang, quindi parliamo di qualcosa di antichissimo. Eppure, secondo i calcoli di un gruppo di scienziati delle Università di Cambridge e Firenze, il buco nero potrebbe essere nato appena un secondo dopo l’esplosione che diede origine all’Universo.
L’eterno dilemma dell’uovo e della gallina, ma in versione cosmica
Cosa è venuto prima, l’uovo o la gallina? Se sostituiamo l’uovo e la gallina con la galassia e il buco nero, fino a oggi la risposta sembrava più o meno chiara. Non tutte le galassie hanno un buco nero al centro, ma la maggior parte sì. L’idea classica era che il buco nero si formasse quando alcune stelle della galassia, esaurito il combustibile, collassavano. Si creava una concentrazione di massa talmente densa che la sua gravità iniziava ad attirare tutto ciò che si trovava entro una certa distanza, quella del suo orizzonte degli eventi, e così cresceva, diventando sempre più grande. Questo si credeva, ma è un’ipotesi che a volte non torna del tutto.
Il bello è che questo sistema, fatto da una galassia piccolissima e da un buco nero gigantesco al suo interno, è uno dei puntini rossi catturati dal James Webb. La maggior parte di questi puntini è difficilissima da analizzare, ma qui c’è stato un colpo di fortuna. Tra la galassia e il telescopio si trova un ammasso di galassie chiamato Abell 2744, ribattezzato ammasso di Pandora, talmente massiccio da curvare lo spazio tempo attorno a sé e formare una specie di lente. In parole povere, funziona come una lente d’ingrandimento. E non solo: grazie allo stesso effetto si genera un’immagine triplicata, che permette di studiare il tutto con molti più dettagli.
I calcoli che hanno fatto saltare il banco
Per misurare meglio il buco nero è stata usata l’Unità di Campo Integrale, l’IFU dello spettrografo nel vicino infrarosso del telescopio. Questo strumento, invece di concentrarsi su un solo punto, riesce a costruire una mappa in 2D di una regione di cielo. Così può seguire gli effetti della gravità sul gas presente e analizzare come sono distribuiti i vari elementi al suo interno.
Ed è qui che è saltata fuori una cosa interessante: il gas ruota attorno a un centro più o meno come fanno i pianeti intorno al Sole. Secondo le leggi di Keplero, più un oggetto orbita lontano dal centro, più va piano. Sapendo a che velocità il gas orbita a una certa distanza, si può risalire alla massa del centro. E il centro, in questo caso, era proprio il buco nero. I conti hanno dato una massa equivalente a 50 milioni di soli, contro i 40 milioni che erano stati ipotizzati prima. In termini astronomici una stima azzeccata, ma resta il problema: quella massa è pari a due terzi di quella dell’intera galassia. Troppo grande, decisamente troppo.
C’è un altro dettaglio che fa riflettere. Lo strumento del James Webb permette anche di capire la composizione del gas, e si è visto che il buco nero è fatto soprattutto di idrogeno ed elio. C’è pochissimo ossigeno, proprio come ci si aspetterebbe se non si fosse formato dalle stelle della sua galassia. La sua metallicità è inferiore allo 0,5% di quella del Sole. Tutti dati che non quadrano con un buco nero nato dalla propria galassia. Doveva essersi formato prima.
Le ipotesi puntano verso un collasso diretto. Ma quando? Su questo non c’è ancora certezza. Potrebbe essersi formato da un seme pesante originato nel primo secondo del Big Bang, oppure poco dopo, dal collasso di una nube di gas. In ogni caso si tratta della prima misurazione diretta della massa di un buco nero entro il primo miliardo di anni dopo il Big Bang. Gli autori dei due studi pubblicati su questa ricerca pensano che là fuori ci possano essere altri puntini rossi pieni di sorprese come questo. Manca solo trovare il modo di andarci a guardare dentro.