Un mostro cosmico per comprendere gli albori del nostro Universo. È per certi versi ironico che a far luce sul mistero delle fasi iniziali del Cosmo, in seguito al Big Bang, possa contribuire la scoperta di un buco nero supermassiccio, formatosi quando l'Universo aveva "appena" 690 milioni di anni.

Per comprendere l'importanza di questa scoperta, pubblicata di recente su Nature, occorre fare un passo indietro in quella che viene definita l'era oscura. Inizialmente – nelle fasi iniziali successive al Big Bang – l'Universo, ancora relativamente denso e caldo, era composto prevalentemente da idrogeno ed elio ionizzati, immersi in un mare di elettroni liberi. In questa sorta di brodo primordiale i fotoni erano continuamente deflessi dagli elettroni e dai nuclei atomici, senza possibilità di potersi propagare liberamente. Per questo motivo l'Universo era, a quell'epoca, opaco.

Fu solo quando la temperatura scese a sufficienza a causa dell'espansione, consentendo la ricombinazione di nuclei ed elettroni in atomi neutri, che la luce poté cominciare a propagarsi liberamente, rendendo così il Cosmo trasparente. Quell'era tuttavia è definita oscura, perché non vi erano ancora oggetti "luminosi" in grado di diffondere radiazione. In altre parole, le prime stelle non si erano ancora formate.

Il passo successivo fu proprio la formazione delle prime stelle, che accesero finalmente l'interruttore dell'Universo, mettendo fine all'era oscura. La radiazione emessa da quelle stelle però ebbe anche un altro effetto: la materia neutra formatasi durante la ricombinazione venne nuovamente ionizzata, in quanto gli atomi venivano eccitati dai fotoni altamente energetici emessi dalle stelle neonate. Tuttavia, l'Universo nel frattempo aveva proseguito il suo processo di espansione e la densità era ormai troppo bassa per consentire agli ioni di rallentare la corsa della luce. Non c'era più spazio per un'era oscura. È questa l'epoca definita della reionizzazione.

Si tratta di un periodo della vita dell'Universo fondamentale per poter comprendere tutto ciò che viene dopo, in quanto è allora che nacquero le prime strutture, ed è in questo contesto che va inquadrata la scoperta di cui accennavamo poco fa.

Gli astronomi hanno infatti scoperto un quasar ospitante nel suo centro un buco nero supermassiccio da 800 milioni di volte la massa del Sole. Il mostro si trova a un redshift di 7.54, ovvero a circa 13.1 miliardi di anni luce dalla Terra, il più distante mai scoperto sino a questo momento. La sua distanza è in termini cosmici di poco maggiore rispetto al più lontano quasar precedentemente conosciuto. Volendo trasferire il discorso in termini temporali (tenete sempre a mente che guardare in là nell'Universo è in un certo senso equivalente a guardare indietro nel tempo), il quasar in questione è stato osservato in un Universo vecchio appena 690 milioni di anni. Il precedente si trova invece a 750 milioni di anni di età.

A una tale distanza, quest'oggetto viene a trovarsi nel pieno dell'epoca della reionizzazione. Ciò potrebbe portare a implicazioni notevoli rispetto alle teorie sull'evoluzione del nostro Universo, in quanto confermerebbe che i buchi neri supermassicci (e con loro i quasar, semi delle prime galassie) potessero essersi formati in un'epoca così remota e in un ambiente ben diverso rispetto a quello che conosciamo oggi. Peraltro, pare che il quasar osservato sia circondato da una zona di gas neutro, il che confermerebbe ulteriormente tutto quanto qui esposto.

La domanda che a questo punto viene naturale porsi è la seguente: sono state davvero soltanto le stelle a causare la reionizzazione della materia, o questi oggetti così distanti e primitivi possono aver giocato un ruolo? Bisogna infatti tenere conto del fatto che i buchi neri supermassicci, nella loro voracità, possono rilasciare enormi quantità di radiazione, rimescolando e riscaldando la materia circostante.

Pertanto un'ipotesi di questo tipo, se confermata, avvalorerebbe senza dubbio l'idea che i buchi neri siano non soltanto degli enormi pozzi senza fondo, capaci di stritolare intere stelle, ma dei veri e propri motori dell'evoluzione dell'Universo e delle galassie.

Il passo successivo della ricerca, come spiegano gli stessi autori dell'articolo, sta nel trovare, se possibile, altri quasar estremamente distanti, per avvalorare le ipotesi qui riportate. In questo senso vanno inquadrati anche progetti di ricerca come quello a firma del sottoscritto, presentato in un precedente articolo, sulla stima dei redshift fotometrici. Ottenere questa misura fondamentale costituisce infatti, tra le altre cose, la base per identificare dei possibili candidati alla palma di oggetti più distanti dell'Universo. Si tratta di un viaggio affascinante, che dal seminterrato di un istituto di ricerca, in cui una GPU di un computer macina milioni di dati, ci conduce fino ai limiti estremi dell'Universo conosciuto. Non so voi, ma si tratta di un pensiero che, francamente, a me fa girare la testa.

Antonio D'Isanto è dottorando in astronomia presso l'Heidelberg Institute for Theoretical Studies in Germania. La sua attività di ricerca si basa sulla cosiddetta astroinformatica, ovvero l'applicazione di tecnologie e metodologie informatiche per la risoluzione di problemi complessi nel campo della ricerca astrofisica. Si occupa inoltre di reti neurali, deep learning e tecnologie di intelligenza artificiale ed ha un forte interesse per la divulgazione scientifica. Da sempre appassionato di sport, è cintura nera 2°dan di Taekwondo, oltre che di lettura, cinema e tecnologia. Collabora con Tom's Hardware per la produzione di contenuti scientifici.

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