Tra le numerose sorprese rivelate dal telescopio spaziale James Webb, una delle più strane è stata la scoperta di una vasta popolazione di minuscoli oggetti di un rosso intenso, noti come Piccoli Punti Rossi. La loro vera natura è rimasta finora sconosciuta. Ora, nuove simulazioni effettuate con il supercomputer giapponese ATERUI III suggeriscono che questi oggetti potrebbero essere buchi neri in rapida espansione, che hanno sfruttato le condizioni presenti nell’universo primordiale e che oggi non esistono più.
I risultati non richiedono leggi fisiche insolite o eventi altamente improbabili. Al contrario, le simulazioni indicano che i Piccoli Punti Rossi potrebbero formarsi naturalmente nell’ambiente del cosmo primordiale, dove i buchi neri erano in grado di crescere a ritmi straordinari.
Simulazione dell’universo primordiale
La ricerca è stata condotta da Sunmyon Chon del Max Planck Institute for Astrophysics. Il team ha utilizzato il supercomputer ATERUI III presso l’Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone per realizzare alcune delle simulazioni cosmologiche più dettagliate finora effettuate sull’universo primordiale.
Le simulazioni sono iniziate su scala di una giovane galassia per poi concentrarsi progressivamente su regioni più piccole, fino a raggiungere singole nubi di gas. Questo approccio impegnativo ha richiesto la potenza di calcolo ad alta risoluzione di ATERUI III.
I risultati suggeriscono che l’intensa radiazione ultravioletta lontana (FUV) proveniente dalle galassie vicine può impedire la formazione di stelle ordinarie all’interno di alcune nubi di gas. Invece di frammentarsi in molte stelle più piccole, il gas può collassare in un’unica stella supermassiccia.
Quella stella enorme può quindi collassare e creare il seme di un buco nero.
I buchi neri crescono a velocità estreme
Una volta formatisi, i semi di questi buchi neri, secondo le simulazioni, possono essere circondati da spessi dischi di gas denso. Questi ambienti ricchi di gas intrappolano le radiazioni e permettono ai buchi neri di consumare materia in modo molto più efficiente rispetto ai buchi neri nell’Universo moderno.
In queste condizioni, i buchi neri possono crescere decine di volte più velocemente di quanto sarebbe possibile oggi.
Le proprietà di questi buchi neri simulati assomigliano molto ai Piccoli Punti Rossi (LRD) osservati dal telescopio spaziale James Webb (JWST). Tale somiglianza suggerisce che i misteriosi oggetti rossi potrebbero rappresentare una fase iniziale di crescita estremamente rapida di un buco nero.
Un mistero di lunga data sui buchi neri
Gli astronomi si sono sforzati per anni di spiegare come i buchi neri supermassicci siano comparsi così presto nella storia cosmica. Alcuni di questi buchi neri contengono masse milioni o addirittura miliardi di volte superiori a quella del Sole, eppure esistevano già meno di 600 milioni di anni dopo il Big Bang.
Ci si aspettava che il JWST contribuisse a risolvere questo enigma, rilevando galassie più deboli e più distanti di quanto i telescopi precedenti fossero in grado di osservare.
Poiché la luce si muove a una velocità finita, osservare oggetti molto distanti significa anche guardare nel passato. Se una galassia si trova a 11 miliardi di anni luce di distanza, la sua luce ha viaggiato per 11 miliardi di anni prima di raggiungere la Terra. Ciò che vediamo è quindi la galassia come appariva 11 miliardi di anni fa. Lo stesso principio si applica a una galassia a 12 miliardi di anni di distanza, la cui luce ha 12 miliardi di anni.
Il JWST è in grado di scrutare più indietro nel tempo rispetto agli osservatori precedenti, offrendo agli astronomi una visione senza precedenti dell’Universo primordiale.
I piccoli puntini rossi potrebbero contenere la risposta
Invece di risolvere immediatamente il mistero della crescita primordiale dei buchi neri, il JWST ha rivelato qualcosa di inaspettato: una vasta popolazione di minuscoli oggetti estremamente rossi che i ricercatori hanno iniziato a chiamare Piccoli Punti Rossi (LRD).
Le nuove simulazioni suggeriscono che questi oggetti potrebbero effettivamente essere il pezzo mancante del puzzle.
Secondo il modello, le condizioni necessarie per la creazione e la rapida crescita di questi buchi neri si sono sviluppate naturalmente nell’universo primordiale. Non sono state necessarie ipotesi esotiche o rare coincidenze. Ciò potrebbe anche contribuire a spiegare perché i Piccoli Punti Rossi sembrano essere così comuni nelle osservazioni del JWST.
Man mano che il JWST continua a scoprire altri LRD e i telescopi futuri scrutano ancora più a fondo nella storia cosmica, questo modello potrebbe fornire agli astronomi un prezioso quadro di riferimento per comprendere come alcuni dei primi buchi neri dell’Universo si sono formati, sono cresciuti e hanno contribuito a plasmare l’evoluzione del cosmo.
Traduzione dell’abstract. La disponibilità dello studio completo, in accesso libero o riservato, è verificabile tramite il link al DOI originale.
Abstract
L’origine dei buchi neri supermassicci rimane un problema irrisolto in astrofisica. Recenti osservazioni del telescopio spaziale James Webb (JWST) rivelano una popolazione inaspettatamente abbondante di buchi neri supermassicci a z > 4–6, dove le masse dei buchi neri sono ben al di sopra delle relazioni di scala locali e non sono riprodotte dagli attuali modelli cosmologici. 1 , 2 , 3 , 4 , 5 . Il modo in cui tali buchi neri supermassicci si formano e crescono rapidamente all’interno di giovani galassie è rimasto poco chiaro. Qui presentiamo simulazioni idrodinamiche radiative cosmologiche complete che seguono in modo autoconsistente la nascita, la crescita iniziale e le firme osservabili emergenti di buchi neri supermassicci in ambienti di protocluster. Troviamo che i semi pesanti dell’ordine di 10 6 M ⊙ si formano naturalmente, superando di un ordine di grandezza le tipiche aspettative teoriche. Questi semi sviluppano rapidamente dischi densi e otticamente spessi, la cui forte diffusione di elettroni produce un’ampia emissione Hα paragonabile a quella osservata nei piccoli punti rossi. L’accrescimento super-Eddington sostenuto determina quindi una rapida crescita fino a circa 3 × 10 7 M ⊙ per z ≃ 8. A nostra conoscenza, questa è la prima dimostrazione che unifica i piccoli punti rossi in una fase di breve durata e avvolta di formazione di semi pesanti, che si evolvono naturalmente nei quasar supermassicci rilevati dal JWST e, in definitiva, nei progenitori degli attuali buchi neri supermassicci.
Materiale fornito dagli Istituti Nazionali di Scienze Naturali . Nota: il contenuto potrebbe essere modificato per motivi di stile e lunghezza.
Sunmyon Chon, Shingo Hirano, Tomoaki Ishiyama, Seok-Jun Chang, Volker Springel. Buchi neri supermassicci e piccoli punti rossi si formano naturalmente nelle simulazioni . Nature , 2026; 657 (8132): 621 DOI: 10.1038/s41586-026-10985-8
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