La formazione dei buchi neri supermassicci nell'universo primordiale rappresenta da decenni uno dei rompicapi più affascinanti dell'astrofisica moderna. Le osservazioni hanno ripetutamente documentato l'esistenza di questi giganti cosmici in epoche sorprendentemente precoci della storia dell'universo, quando teoricamente non avrebbero dovuto avere il tempo necessario per raggiungere dimensioni così colossali. Un nuovo studio condotto dai ricercatori della Maynooth University in Irlanda e pubblicato sulla rivista Nature Astronomy propone ora una spiegazione rivoluzionaria: le condizioni estremamente caotiche e turbolente che caratterizzavano il cosmo primordiale avrebbero innescato episodi di crescita accelerata senza precedenti, trasformando buchi neri relativamente piccoli in mostri supermassicci attraverso una vera e propria "frenesia alimentare".
Il team guidato dal dottor John Regan del Dipartimento di Fisica della Maynooth University ha utilizzato simulazioni computerizzate all'avanguardia per ricostruire il comportamento dei primi buchi neri formatisi appena poche centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang. I risultati dimostrano che questi oggetti primordiali sono cresciuti a ritmi straordinari, raggiungendo masse decine di migliaia di volte superiori a quella del Sole. Daxal Mehta, dottorando e primo autore dello studio, spiega che le condizioni caotiche esistenti nell'universo primordiale hanno innescato una crescita rapida dei buchi neri più piccoli, che hanno divorato voracemente il materiale circostante trasformandosi nei giganti supermassicci osservati successivamente al centro delle galassie.
La chiave di questo processo esplosivo risiede nel fenomeno dell'accrescimento super-Eddingtoniano, un meccanismo attraverso il quale i buchi neri riescono ad acquisire materia a velocità superiori rispetto ai limiti teorici previsti dalla fisica convenzionale. In condizioni normali, la radiazione emessa dal materiale in caduta verso il buco nero dovrebbe respingere il gas circostante, rallentando il processo di accrescimento. Nel giovane universo denso e ricco di gas, tuttavia, i buchi neri hanno continuato ad alimentarsi nonostante questa barriera radiativa, innescando brevi ma intensissimi episodi di crescita che hanno permesso loro di guadagnare massa a ritmi straordinari.
La ricerca fornisce una risposta particolarmente attesa alle osservazioni del James Webb Space Telescope, che ha rilevato buchi neri massicci in epoche cosmiche molto più remote di quanto molte teorie prevedessero. Come sottolinea il dottor Lewis Prole, ricercatore postdottorale della Maynooth University e membro del team, questa scoperta risolve uno dei grandi enigmi dell'astronomia: come abbiano fatto i buchi neri nati nell'universo primordiale a raggiungere dimensioni così gigantesche in tempi così brevi.
Gli astrofisici classificano tradizionalmente i buchi neri primordiali in due categorie principali: i "semi leggeri" e i "semi pesanti". I primi nascono con masse relativamente modeste, comprese tra dieci e qualche centinaio di masse solari, e devono quindi crescere drammaticamente per raggiungere le milioni di masse solari caratteristiche dei buchi neri supermassicci. I semi pesanti, al contrario, si formerebbero già con dimensioni considerevoli, potenzialmente fino a centomila masse solari. Fino ad oggi, gran parte della comunità scientifica riteneva che solo i semi pesanti potessero spiegare la presenza di buchi neri supermassicci nell'universo giovane, poiché si assumeva che i semi leggeri non avessero tempo sufficiente per crescere così tanto.
Le simulazioni della Maynooth University ribaltano questa convinzione consolidata. Mehta evidenzia che questi buchi neri minuscoli erano precedentemente considerati troppo piccoli per diventare i giganti osservati al centro delle galassie primordiali, ma i nuovi dati dimostrano che anche i buchi neri di massa stellare "standard" possono accrescersi a velocità estreme nelle condizioni turbolente dell'universo primordiale. I semi pesanti, più esotici e probabilmente richiedenti condizioni rare per formarsi, potrebbero quindi non essere l'unica spiegazione plausibile del fenomeno.
Secondo il dottor Regan, l'universo primordiale si rivela molto più caotico e turbolento di quanto ipotizzato in precedenza, caratterizzato da una popolazione di buchi neri massicci significativamente più numerosa del previsto. Questa scoperta non solo ridefinisce le teorie sulla formazione dei buchi neri, ma stabilisce anche un collegamento fondamentale tra le primissime stelle dell'universo e i buchi neri supermassicci che oggi dominano i centri galattici.
Le implicazioni della ricerca si estendono alle future missioni spaziali di osservazione gravitazionale. La missione LISA (Laser Interferometer Space Antenna), progetto congiunto dell'Agenzia Spaziale Europea e della NASA previsto per il lancio nel 2035, potrebbe rilevare le fusioni di questi piccoli buchi neri primordiali in rapida crescita attraverso le onde gravitazionali che generano. Tali rilevazioni offrirebbero un metodo potentissimo per studiare direttamente i buchi neri più antichi dell'universo e verificare sperimentalmente se gli scenari di crescita accelerata previsti dalle simulazioni si siano effettivamente verificati nelle prime centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang.
