L’oggetto più luminoso del giovane Universo: scovato il primo “quasar fantasma”


L’IMMAGINE dell’oggetto più luminoso mai osservato dall’umanità arriva da quasi 13 miliardi di anni luce. E da un tempo altrettanto lontano, quando l’Universo era ancora un ‘fanciullo’, un miliardo di anni dopo il Big Bang. È uno di quei misteriosi “quasar”, buchi neri supermassicci che ‘brillanò al centro di alcune galassie, anche fra quelle emerse dal buio di un’epoca senza luce. La scoperta si deve a un team internazionale di astronomi di cui fa parte anche l’italiano Fabio Pacucci, 30 anni, postdoc a Yale.


L'oggetto più luminoso del giovane Universo: scovato il primo "quasar fantasma"

Fabio Pacucci, 30 anni di Taranto, laureato alla Sapienza, PhD alla Normale di Pisa. Ora postdoc a Yale Foto: Todd Buchanan/AAS 2019

È stato proprio Pacucci a proporre per la classe di oggetti a cui appartiene questo quasar, catalogato come J043947.08+163415.7, l’appellativo di “phantom quasar” (quasar fantasma). Nonostante sembri emettere luce quanto circa 30.000 galassie come la Via Lattea (600.000 miliardi di soli), e sia il singolo oggetto più luminoso mai visto, è talmente distante che per scovarlo e confermare la sua identità sono stati scomodati cinque telescopi a terra e uno in orbita, Hubble. Una scoperta che ha profonde implicazioni nello studio dell’Universo primordiale: “Cominciamo col definire i quasar: sono buchi neri supermassicci, che attraggono materia con il loro immenso campo gravitazionale, la divorano – spiega Pacucci – e così facendo emettono un’enorme quantità di radiazione. Sono talmente luminosi che il loro bagliore spesso non ci permette di vedere nemmeno le stelle della loro galassia”.


L'oggetto più luminoso del giovane Universo: scovato il primo "quasar fantasma"

Il “quasar fantasma” J043947.08+163415.7 nell’immagine scattata dal telescopio spaziale Hubble. Il campo gravitazinale della galassia (sulla sinistra) ha amplificato la luce del quasar che si trova a circa 13 miliardi di anni luce di distanza credits: Nasa, Esa, Xiaohui Fan (University of Arizona)

Pacucci ha lavorato gomito a gomito con Xiaohui Fan, prima firma dello studio pubblicato su The Astrophysical Journal Letters, professore di Astronomia all’Università dell’Arizona e storico “cacciatore di quasar”. Hanno osservato assieme il loro obiettivo con il telescopio Keck delle Hawaii. Lo studio è stato presentato oggi durante una conferenza stampa al congresso dell’American Astronomical Society (AAS) a Seattle.

La “lente di Einstein”
Questo non è il primo quasar osservato nell’Universo primordiale, ne sono stati individuati più di un centinaio. A renderlo speciale è il modo in cui è stato trovato: “Noi lo chiamiamo ‘quasar lensato’, perché la sua luce è stata amplificata da una galassia attraverso il fenomeno della lente gravitazionale, predetto dalla teoria della Relatività generale di Einstein – sottolinea Pacucci – accade quando sulla stessa linea di osservazione tra noi e un oggetto molto distante nell’universo (in questo caso il quasar) viene a trovarsi un agglomerato di massa, per esempio una galassia. Il suo grande campo gravitazionale distorce e amplifica la luce di quello che si trova sullo sfondo”.


L'oggetto più luminoso del giovane Universo: scovato il primo "quasar fantasma"

La “timeline” dal Big Bang alla fase della “reionizzazione”, quando nell’Universo si formarono le prime stelle e galassie e uscì dal buio Credit: Feige Wang (Ucsb), Xiaohui Fan (University of Arizona)

Ma le cose non sono così semplici. Questo quasar è infatti il primo “lensato” a essere stato scoperto nell’Universo primordiale, ma secondo le teorie ce ne dovrebbero essere molti di più: “Perché non li vediamo? Forse, la loro luce si confonde con quella delle galassie che lo amplificano, e così facendo lo nascondono – continua il ricercatore italiano, coautore dello studio e prima firma di un altro paper che analizza le implicazioni della scoperta – per trovare i quasar applichiamo alla luce dei filtri che lasciano passare solo certe lunghezze d’onda ma la galassia introduce altre lunghezze d’onda che non dovremmo osservare dal quasar, e questo ci confonde. Così vediamo solo la galassia che, per così dire, ci prende in giro”.

Quando l’Universo si accese
La luce di questo quasar arriva da un’epoca cruciale per l’evoluzione dell’Universo, la cosiddetta “reionizzazione”. In pratica quella fase della sua storia in cui il cosmo si è ‘acceso’, in seguito alla nascita delle prime stelle e dei primi buchi neri. Fino ai mostri di taglia super gigante, che hanno una massa di milioni o miliardi di soli: “La reionizzazione è il periodo che segue la cosiddetta ‘epoca buia’, quando non c’era luce visibile e l’Universo era migliaia di volte più piccolo di adesso. I fotoni emessi dalle stelle e dai primi buchi neri ha quindi iniziato a separare gli elettroni dai nuclei atomici, creando un plasma” spiega Pacucci.


L'oggetto più luminoso del giovane Universo: scovato il primo "quasar fantasma"

L’effetto “lente gravitazionale”: quando un corpo massiccio come una galassia si viene a trovare sulla linea di vista tra noi e un oggetto molto lontano nell’Universo, ne distorce e amplifica la luce
Credits: Nasa, Esa, Xiaohui Fan (University of Arizona)

Ora che gli astronomi sanno come trovare i quasar fantasma, alcune incognite su quel periodo in cui l’Universo si è illuminato e ha cominciato a prendere l’aspetto che vediamo ora, troveranno forse risposta: “Se le nostre predizioni sono corrette, significa che nell’universo primordiale ci potrebbero essere molti più quasar di quelli che pensavamo. Per noi inoltre è importante capire quali oggetti abbiano determinato la reionizzazione. Finora abbiamo creduto che fossero le stelle. Ma se ci sono molti più quasar è possibile che siano stati i buchi neri a illuminare l’universo, anche se sembra un paradosso. Infine, la formazione dei primi quasar dell’Universo è un problema cosmologico che va avanti da anni. Secondo le attuali teorie, buchi neri supermassicci non hanno avuto il tempo di formarsi in appena un miliardo di anni dopo il Big Bang. Eppure abbiamo numerose osservazioni che confermano la loro esistenza. Ma se alcuni di essi sono ‘lensati’, e la loro luce è stata amplificata di molte volte, è possibile che siano meno giganti di quanto abbiamo pensato finora. Sarebbe la soluzione a quello che chiamiamo ‘il problema da un miliardo di dollari'”.


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Mario Calabresi
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