Quasar nascosto da una nube di gas: il più distante mai osservato

Gli occhi dell’osservatorio spaziale della NASA Chandra X-Ray Observatory erano ben puntati verso un buco nero supermassiccio luminoso, il quasar di nome PSO 167-13, quando gli astronomi hanno scoperto qualcosa di strano. Il telescopio spaziale della NASA infatti ha rivelato dal quasar noto solo raggi X ad elevate energie, come se una densa nube di gas filtrasse quelli meno energetici.

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Astronomy & Astrophysics da un gruppo di ricercatori internazionali – che comprende scienziati dell’Istituto nazionale di astrofisica (INAF) e del dipartimento di Fisica e Astronomia dell’Università di Bologna – e ipotizza che non sia la nube di gas a filtrare quei raggi X, ma una vicinissima galassia che, a sua volta, contiene un quasar oscurato da una nube.

Se così fosse, i dati avrebbero permesso la scoperta del buco nero supermassiccio luminoso oscurato da una nube di gas che ne alimenta la crescita. Sia che il quasar oscurato sia effettivamente PSO 167-13, sia che si tratti di un nuovo oggetto fino ad oggi sconosciuto, la scoperta è importante perché si tratta del quasar più distante mai osservato, nato quando l’universo aveva appena 850 milioni di anni dei 13,8 miliardi attuali.

Il risultato raggiunto rappresenta secondo Cristian Vignali, professore associato dell’Università di Bologna e co-autore dello studio, solo l’inizio della ricerca in questo ambito. “L’individuazione di un quasar oscurato nell’Universo a soli 850 milioni di anni dal Big Bang rappresenta una scoperta sensazionale, frutto di anni di ricerca condotta dal nostro gruppo e resa possibile dalla capacità osservative di Chandra. Individuare altri quasar fortemente oscurati simili a PSO 167-13 ad un’epoca in cui l’Universo è ancora molto giovane sarà uno degli obiettivi principali dell’astrofisica dei prossimi anni”, spiega Vignali in un comunicato.

Cosa sono i quasar

Immaginate un buco nero supermassiccio circondato da un disco di materia. L’attrazione gravitazionale generata dall’oggetto risucchierà il materiale del disco, provocando una crescita estremamente rapida che genera una enorme quantità di radiazioni, nello specifico una emissione estremamente luminosa e compatta che gli astrofisici chiamano quasar.

Accade però che alcuni buchi neri, secondo le simulazioni teoriche degli scienziati, nella fase iniziale di crescita siano oscurati proprio dal disco di accrescimento, cioè una densa nube di gas che agisce da filtro alle radiazioni emesse. Quando il processo di crescita avanza, la nube di gas tende a scomparire completamente, in parte perché assorbita e in parte perché espulsa, fino a svelare il buco nero e il disco luminoso che lo circonda.

Il gruppo di ricercatori guidato da Fabio Vito, ricercatore della Pontificia Universidad Católica de Chile, ha deciso di approfondire le osservazioni dei quasar effettuate con telescopi ottici, come il telescopio spaziale Hubble della NASA, e di integrarle con le osservazioni a raggi X, per dare la caccia ai buchi neri nelle prime fasi della loro vita.

A oggi sono circa 200 i quasar individuati nell’universo, nati appena entro un miliardo di anni dal Big Bang. Quelli osservati con rivelazioni ottiche, secondo i ricercatori, sono oggetti già usciti dalla loro fase di crescita iniziale nascosta. Per approfondire la loro conoscenza, i ricercatori hanno osservato 10 dei quasar noti con il telescopio orbitale Chandra X-Ray.

Vito ha spiegato che “È estremamente difficile individuare i quasar mentre questi sono nella loro fase di crescita iniziale nascosta, perché gran parte delle radiazioni che emettono viene assorbita. Ma grazie alle rilevazioni di Chandra e alla capacità dei raggi X di superare la nube di gas pensiamo di esserci finalmente riusciti”.

Cosa oscura il quasar?

In nove casi su dieci, i dati di Chandra hanno confermato le rivelazioni dei telescopi ottici. In un caso, però, qualcosa non tornava. Dopo 16 ore di osservazione del quasar PSO 167-13, scoperto dal telescopio ottico Pan-STARRS alle Hawaii alcuni anni fa, i ricercatori hanno rivelato l’emissione di soli tre raggi X ad alte energie.

Questo implica che il quasar sia oscurato, ma da cosa? I ricercatori hanno elaborato due ipotesi. La prima è che il buco nero sia nascosto da una nube di gas che filtra i raggi X a basse energie. D’altronde, tra la prima osservazione ottica del buco nero e la nuova osservazione col Chandra X-Ray Observatory sono passati tre anni, tempo in cui potrebbe esserci stato un rapido accrescimento del disco di materiale che sia andato a formare la nube oscurante.

La seconda, invece, riguarda la presenza di un’altra galassia che era stata già osservata dal radiointerferometro ALMA in Cile che dal telescopio spaziale Hubble della NASA. A oscurare PSO 167-13 potrebbe essere un altro quasar ospitato proprio nella galassia vicina. In entrambi i casi, si tratterebbe della coppia di quasar più distanti mai osservati fino ad oggi.

Roberto Gilli, ricercatore dell’INAF di Bologna e co-autore dello studio, ha commentato: “Sospettiamo che la maggior parte dei buchi neri supermassicci nell’universo primordiale siano nascosti, proprio come quello che abbiamo individuato. Riuscire a trovare e studiare questa popolazione nascosta potrà permetterci di capire in che modo i primi buchi neri riescano a crescere tanto rapidamente, fino a raggiungere masse pari a miliardi di volte quella del Sole”.

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