James Webb scopre una «stella buco nero» delle dimensioni del Sistema Solare

Gli astronomi hanno scoperto quello che potrebbe essere un tipo di oggetto astrofisico completamente nuovo: una «stella-buco nero» che combina un buco nero massiccio con un’enorme involucro di gas simile a una stella. L’oggetto, denominato MoM-BH*-1, è stato individuato dal telescopio spaziale James Webb (JWST) della NASA nell’universo primordiale, appena poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang.

L’oggetto appare come un punto rosso estremamente luminoso, delle dimensioni approssimative del nostro Sistema Solare. Tuttavia, si stima che la sua produzione di energia sia 100 miliardi di volte superiore a quella di qualsiasi stella ordinaria, rendendo impossibile che la fusione nucleare convenzionale ne costituisca la fonte di energia. I ricercatori ritengono invece che l’oggetto sia alimentato da un buco nero centrale circondato da un’enorme e densa nube di idrogeno gassoso.

«Riteniamo che vi sia un buco nero centrale con una massa 100.000 volte superiore a quella del Sole», ha affermato l’autore principale Rohan Naidu, NASA Hubble Fellow e Pappalardo Fellow presso il Kavli Institute for Astrophysics and Space Research del MIT. Il buco nero sarebbe circondato da un ampio involucro di gas delle dimensioni approssimative del Sistema Solare, che conferisce all’oggetto il suo aspetto simile a quello di una stella.

La scoperta è stata effettuata nell’ambito del progetto Mirage o Miracle (MoM), che analizzava le osservazioni del JWST alla ricerca di alcune delle prime galassie dell’universo. I ricercatori hanno notato che una sorgente particolarmente luminosa appariva insolita a causa del suo intenso colore rosso.

Spesso si ritiene che gli oggetti rossi nelle immagini dello spazio profondo siano circondati da polvere, la quale può alterare il colore apparente della loro luce. Tuttavia, MoM-BH*-1 presentava una serie di altre caratteristiche insolite. La sua luce presentava un «Balmer break» eccezionalmente profondo, una caratteristica spettrale associata al gas denso che assorbe i fotoni nelle atmosfere stellari. L’oggetto, inoltre, non mostrava quasi alcuna traccia di elementi più pesanti dell’idrogeno e dell’elio.

I ricercatori hanno quindi eseguito simulazioni di diverse configurazioni possibili per capire cosa potesse produrre lo spettro e la luminosità distintivi dell’oggetto. Hanno scoperto che un involucro estremamente denso di idrogeno poteva spiegare le insolite caratteristiche spettrali, ma non la straordinaria quantità di energia emessa.

Un buco nero si è rivelato essere il tassello mancante. Aggiungendo ai propri modelli un buco nero in fase di accrescimento attivo e variandone la massa e altri parametri, i ricercatori hanno individuato una configurazione che corrispondeva strettamente alle osservazioni del JWST. Le loro simulazioni suggeriscono che MoM-BH*-1 contenga un buco nero con una massa circa 100.000 volte superiore a quella del Sole, circondato da un denso involucro di idrogeno delle dimensioni approssimative del Sistema Solare.

L’oggetto proposto è fondamentalmente diverso sia da una stella ordinaria che da un buco nero convenzionale. In una stella normale, la fusione nucleare fornisce l’energia mentre il gas circostante forma il corpo stellare. In una stella con buco nero, il buco nero in fase di accrescimento funge da fonte di energia, mentre il gas denso circostante crea un involucro esterno simile a quello di una stella. L’illustrazione allegata al materiale del MIT mette a confronto le tre strutture, mostrando l’involucro della stella-buco nero che si estende fino a raggiungere all’incirca le dimensioni del Sistema Solare.

La scoperta potrebbe inoltre contribuire a spiegare uno dei più grandi misteri sollevati dal JWST: i numerosi «piccoli punti rossi» che compaiono nelle osservazioni dell’universo primordiale. Questi oggetti sono estremamente comuni nelle immagini del JWST, ma sembrano essere in gran parte scomparsi dall’universo attuale.

I ricercatori ipotizzano che molti di questi piccoli punti rossi potrebbero in realtà essere stelle-buco nero incastonate all’interno delle prime galassie. MoM-BH*-1 appare insolito perché è talmente luminoso da eclissare di fatto la sua galassia ospite, consentendo agli astronomi di osservare quella che il team descrive come luce quasi pura proveniente dalla stella-buco nero.

Lo studio, intitolato «A Gas Enshrouded and Gas Reddened Black Hole at Cosmic Dawn», è stato pubblicato su *Nature*. Se l’interpretazione fosse confermata da ulteriori osservazioni, le stelle-buco nero potrebbero fornire una nuova spiegazione su come i buchi neri massicci si siano formati ed evoluti nell’universo primordiale.