Il telescopio spaziale Euclid dell’Agenzia Spaziale Europea scopre i quasar più antichi dell’universo

Il telescopio spaziale Euclid dell’Agenzia Spaziale Europea ha scoperto 31 dei quasar più antichi mai individuati. Due di questi giganteschi e splendenti nuclei galattici, alimentati da giganteschi buchi neri, sono i quasar più antichi mai osservati nella storia cosmica. Brillavano con la luce di un trilione di soli quando l’universo aveva 670 milioni di anni, appena il 5% della sua età attuale.

I quasar rappresentano una breve fase nella vita di una galassia durante la quale grandi quantità di materia spiraleggiano verso il buco nero supermassiccio centrale, rilasciando enormi quantità di energia. In questa fase, il nucleo della galassia brilla più intensamente di qualsiasi altra cosa nell’universo, spesso superando in luminosità il resto della galassia ospitante di centinaia o migliaia di volte.

Da decenni siamo alla ricerca dei primissimi quasar dell’universo. Questi oggetti rivelano cosa accadeva nei primissimi giorni del cosmo, compreso il modo in cui si sono formati i primi buchi neri supermassicci e le prime galassie. Tuttavia, i quasar di quell’epoca sono difficili da trovare. Sono rari perché poche galassie hanno avuto il tempo di crescere a sufficienza e la loro luce primordiale è debole e facilmente confondibile con quella di stelle più vicine a noi.

Euclid, lanciato nel 2023, sta scavando a fondo in questa misteriosa parte dell’antica storia cosmica, con risultati entusiasmanti. Il telescopio ha ora scoperto ben 31 nuovi quasar nell’universo primordiale, un numero senza precedenti, che ci permette di risalire a un’epoca in cui il cosmo aveva solo il 5% della sua età attuale.

“Questi primi quasar risalgono agli albori dell’universo”, afferma Daming Yang dell’Università di Leiden, nei Paesi Bassi, autore principale dell’articolo sulla scoperta di Euclid. “Trovandoli e studiandoli, possiamo comprendere meglio come questi enormi sistemi si siano formati e siano cresciuti così rapidamente, uno dei più grandi misteri dell’astrofisica”.

Sotto la punta dell’iceberg

I quasar più antichi che conoscevamo fino ad ora rappresentavano solo la punta dell’iceberg: rari e luminosi esemplari anomali, i più facili da individuare. Semplicemente non avevamo trovato abbastanza quasar risalenti alle prime fasi dell’universo per poterli studiare adeguatamente come gruppo. La nuova scoperta di Euclid cambia tutto questo, individuando non solo gli esemplari anomali più luminosi, ma la maggior parte della popolazione di quasar antichi.

“Euclid rappresenta una vera svolta”, aggiunge Yang. “Prima riuscivamo a individuare solo una manciata dei quasar antichi più luminosi, ma Euclid ci permette di effettuare ricerche molto più efficienti su vaste aree di cielo, catturando anche la luce più debole. È uno strumento unico per la caccia ai quasar.”

La scoperta aggiunge 12 nuovi quasar con un redshift pari o superiore a 7 (una misura della distanza e del movimento legata al modo in cui la luce si muove attraverso il nostro cosmo in espansione), corrispondente ai primi 770 milioni di anni dell’universo.

I due quasar più antichi del gruppo, EUCL J172902.75+641018.1 e EUCL J125308.55+705432.3, hanno redshift rispettivamente di 7,77 e 7,69, stabilendo un nuovo record per i quasar più antichi mai scoperti. Entrambi si trovano a poco più di 13 miliardi di anni luce di distanza e si sono formati durante i primi 670 milioni di anni dell’universo.

“Questa scoperta raddoppia abbondantemente il numero di quasar antichi che conosciamo”, afferma Antonio La Marca, ricercatore dell’ESA nel team di Euclid. La scoperta dei primi dieci quasar circa con un redshift pari o superiore a 7 ha richiesto agli astronomi più di un decennio, ma Euclid ne ha già scoperti molti di più in un solo anno.

“Il team di Euclid ha realizzato per la prima volta un vero e proprio ‘censimento’ dei quasar agli albori dell’universo”, aggiunge La Marca. “È un grande passo avanti verso la comprensione di questi affascinanti oggetti a un livello più fondamentale.”

Una pietra miliare nella storia cosmica

Il secondo quasar più antico scoperto da Yang e colleghi è stato recentemente studiato più nel dettaglio da Silvia Belladitta e collaboratori. Queste osservazioni hanno mostrato che il quasar è immerso in una galassia ricca di polvere e gas, in cui si sta formando rapidamente nuove stelle, suggerendo come potrebbe essere la galassia ospite di un buco nero supermassiccio primordiale.

I quasar risalgono a un periodo affascinante della storia cosmica noto come l’ epoca della reionizzazione : quando tutto passò dall’essere freddo e buio (l’età oscura) all’essere caldo e ionizzato (separato dalla luce energetica). Quest’epoca di transizione fu un periodo cruciale che gettò le basi per tutto ciò che vediamo oggi.

“I quasar antichi sono scoperte rare. Sono interessanti di per sé, ma sono anche macchine del tempo che ci permettono di esplorare l’universo primordiale e di capire come si è formata la prima generazione di galassie”, afferma Valeria Pettorino, scienziata del progetto Euclid dell’ESA.

“Le capacità di Euclid non hanno eguali. Il telescopio combina un’ampia area, profondità, immagini nitide e un’esclusiva visione a infrarossi dallo spazio, permettendoci di individuare oggetti rari ed estremamente distanti con un’efficienza di gran lunga superiore rispetto al passato.”

E non si tratta solo del telescopio: l’elaborazione dei dati è possibile solo grazie a migliaia di scienziati e ingegneri del Consorzio Euclid che lavorano insieme per realizzare scoperte scientifiche, analizzando enormi quantità di dati per identificare quasar rari e distanti che possiamo studiare ulteriormente utilizzando i telescopi a terra.”

I 31 quasar qui descritti sono stati scoperti grazie ai dati dell’Euclid Wide Survey , che una volta completato coprirà più di un terzo dell’intero cielo. Euclid svelerà i segreti dell’universo oscuro. Il telescopio ne sta studiando la composizione, la storia e l’evoluzione, mappando la sua struttura su larga scala e osservando miliardi di galassie, rivelando così numerosi quasar.

Abstract

Riportiamo la scoperta di 31 nuovi quasar ad alto z nell’intervallo di redshift 6,6 < z < 7,8. Questi quasar sono stati selezionati da circa 3000 gradi ² della porzione di cielo coperta durante i primi 1,5 anni dell’Euclid Wide Survey, che rappresenta i risultati iniziali della con Euclid ricerca di quasar ad alto redshift . La nostra selezione dei candidati ha impiegato diverse tecniche di apprendimento automatico e probabilistiche applicate alle immagini EuclidI _E , Y _E , J _E e H _E , integrate da dati ausiliari in banda z quando disponibili. Osservazioni spettroscopiche di follow-up sono state effettuate con Keck, Magellan e il Large Binocular Telescope (LBT). Tra le nuove scoperte, ci sono 12 quasar a z ≥ 7, più del doppio del numero di quasar precedentemente noti a z ≥ 7. I quasar appena scoperti mostrano 21,2 < J _E < 23,2 (−25,5 < M ₁₄₅₀ < −23,6), estendendo gli studi sui quasar all’estremità debole della funzione di luminosità dei quasar (QLF) a z ≳ 7. Il quasar con il redshift più alto , EUCL J172902.75+641018.1 a z ≈ 7,77, stabilisce il nuovo record di redshift per il quasar più distante mai riportato. Queste scoperte dimostrano Euclid il ruolo trasformativo di nella scoperta dei quasar ad alto redshift e pongono le basi per futuri studi di approfondimento sulle galassie primordiali che ospitano i quasar, sulla crescita dei buchi neri supermassicci e sul mezzo intergalattico nell’epoca della reionizzazione.

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