L’osservazione dei venti dei buchi neri nell’universo più remoto compie un passo decisivo grazie a una ricerca guidata dall’Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF). Uno studio pubblicato sulla rivista Astronomy & Astrophysics descrive infatti il rilevamento dell’ultra-fast outflow più distante mai identificato in un quasar non amplificato da una lente gravitazionale. Il risultato fornisce nuovi elementi osservativi a supporto dei modelli sulla coevoluzione tra buchi neri supermassicci e galassie, ampliando le possibilità di studiare i processi fisici che regolavano l’evoluzione dell’universo quando aveva appena pochi miliardi di anni.
Il protagonista dello studio è il quasar WISSH13, la cui luce ha impiegato quasi 12 miliardi di anni per raggiungere la Terra. Oltre a stabilire un nuovo record osservativo, i dati raccolti consentono di analizzare con un livello di dettaglio senza precedenti il ruolo dei venti generati dai buchi neri durante il cosiddetto Mezzogiorno Cosmico, il periodo in cui l’universo registrava il massimo ritmo di formazione stellare e di crescita dei buchi neri.
I venti dei buchi neri osservati nel Mezzogiorno Cosmico
La scoperta è stata resa possibile grazie al programma Heritage WISSHFUL, una delle campagne osservative più estese mai approvate per il satellite XMM-Newton dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA). Il progetto ha accumulato circa 600 ore di osservazione con XMM-Newton, integrate da altre 700 ore ottenute in simultanea con il satellite NuSTAR, consentendo di acquisire lo spettro X a banda larga di qualità più elevata mai ottenuto per un quasar così distante.
Fino a oggi, venti ultra-veloci di questo tipo erano stati osservati nell’universo remoto soltanto in pochi quasar la cui luminosità risultava amplificata da fenomeni di lente gravitazionale. L’osservazione di WISSH13 dimostra invece che è possibile caratterizzare questi fenomeni anche in sorgenti prive di tale vantaggio naturale, aprendo nuove prospettive per lo studio dell’universo primordiale.
Il quasar ospita un buco nero supermassiccio che accresce materia a un ritmo di circa 140 masse solari all’anno, superando il cosiddetto limite di Eddington, ovvero la soglia teorica oltre la quale la pressione della radiazione dovrebbe ostacolare l’ulteriore accrescimento.
Due venti distinti rivelano una struttura più complessa del previsto
L’aspetto più innovativo della ricerca riguarda la natura dei venti dei buchi neri individuati nello spettro di WISSH13. I ricercatori hanno identificato infatti due componenti distinte, caratterizzate da velocità differenti e da una marcata variabilità temporale, dimostrando che questi outflow sono strutture stratificate e dinamiche.
Ciascun vento espelle materia a un ritmo di circa 20 masse solari all’anno, mentre la componente più veloce raggiunge circa 90.000 chilometri al secondo, pari a quasi il 30% della velocità della luce. Le osservazioni hanno inoltre evidenziato una temperatura della corona del buco nero tra le più basse mai misurate in oggetti di questo tipo, una caratteristica che potrebbe essere collegata sia all’elevato tasso di accrescimento sia alla presenza di venti particolarmente energetici.
«Immaginate un uragano innescato da un buco nero distante miliardi di anni luce, così devastante da spazzare via le nubi cosmiche e impedire alla sua galassia di formare nuove stelle», spiega Giorgio Lanzuisi, ricercatore dell’INAF e principal investigator del programma WISSHFUL. «Con questo studio abbiamo fatto una “radiografia” di uno di questi giganteschi uragani, cogliendolo nel periodo più turbolento dell’adolescenza dell’universo. Capire come funzionano queste tempeste è essenziale per spiegare perché il cosmo appare e funziona così come lo vediamo oggi».
Anche il confronto con osservazioni precedenti ha fornito indicazioni significative. Come sottolinea Laura Borrelli, dottoranda dell’Università di Bologna e coautrice dello studio, uno dei due venti era già presente nei dati raccolti nel 2017, mentre la componente più veloce, pari a 0,3 c, è comparsa soltanto nelle osservazioni del 2024. Un risultato che suggerisce come questi sistemi siano soggetti a una sorta di “meteo” dinamico, probabilmente legato a differenti meccanismi di lancio, riconducibili ai campi magnetici e alla pressione della radiazione.
Un tassello per comprendere l’evoluzione delle galassie
La rilevanza della scoperta va oltre il record osservativo. I dati mostrano infatti che, anche in presenza di un accrescimento estremo, i venti dei buchi neri trasferiscono nello spazio circostante una quantità di energia paragonabile a quella osservata nei buchi neri supermassicci più vicini.
La potenza cinetica dei venti raggiunge fino al 10% della luminosità bolometrica del quasar, un livello ritenuto sufficiente a innescare il cosiddetto AGN feedback, il processo attraverso cui l’attività del buco nero può espellere il gas freddo della galassia ospite, limitando sia la formazione di nuove stelle sia la crescita dello stesso buco nero.
Comprendere come questi meccanismi operassero durante il Mezzogiorno Cosmico, tra 10 e 12 miliardi di anni fa, è essenziale per ricostruire l’evoluzione delle grandi galassie osservate oggi.
I risultati pubblicati rappresentano il primo traguardo del programma WISSHFUL, che analizzerà complessivamente 15 quasar tra i più luminosi dell’universo primordiale. Coordinato dall’INAF con il contributo di numerosi osservatori e istituti italiani nell’ambito del programma DELUX, il progetto punta a fornire nei prossimi anni nuovi dati per comprendere come l’attività dei buchi neri supermassicci abbia influenzato l’evoluzione delle galassie nelle prime fasi della storia del cosmo.
Michelangelo Moles laureato magistrale in Corporate Communication e Media è specializzato nei temi della space economy e della blue economy, con particolare attenzione agli aspetti legati all’innovazione, alla comunicazione strategica e alla divulgazione dei nuovi modelli economici connessi al mare e allo spazio.
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