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Tutto è cominciato quando gli astronomi si sono imbattuti in un mistero nei dati raccolti dai telescopi puntati nello spazio profondo. Qua e là, nelle immagini, comparivano dei puntini compatti e luminosi nell’infrarosso, che i ricercatori hanno subito battezzato “piccole macchie rosse” (little red dots). Il bello è che quegli oggetti risalivano a un’epoca compresa tra 500 e 700 milioni di anni dopo il Big Bang, quando l’universo aveva solo il 5% dell’età attuale: praticamente un neonato, in scala cosmica! A un primo sguardo sembravano galassie mature, ma la loro luminosità e la loro massa erano troppo elevate per dei sistemi così giovani. E se tutta quella luce fosse stata prodotta davvero da stelle, queste ultime avrebbero dovuto essere stipate a una densità letteralmente impossibile.
Secondo Bingjie Wang, borsista NASA Hubble a Princeton University, «il cielo notturno all’interno di una galassia del genere sarebbe incredibilmente luminoso». Poiché nessun modello tradizionale di formazione galattica riusciva a spiegare il fenomeno, gli astronomi hanno iniziato a chiamarle “rompiscatole cosmici” (universe breakers) e si sono messi sulle tracce di nuove osservazioni ancora più approfondite.
Svelare l’identità delle “piccole macchie rosse”
Nel corso del 2024, un team internazionale guidato da Anna de Graaff del Max Planck Institute for Astronomy ha analizzato gli spettri di luce di queste minuscole macchie rosse. Sono servite circa 60 ore di osservazione telescopica per scomporre la luce in tutte le sue lunghezze d’onda: un puzzle luminoso per capire di cosa fossero davvero composti questi oggetti e come si muovessero nello spazio.
A luglio 2024, è spuntato un esemplare davvero fuori dal coro, che la squadra ha soprannominato the Cliff (“la Scogliera”). The Cliff si trova a circa 11,9 miliardi di anni luce dalla Terra. La sua luce ha iniziato il viaggio verso di noi molto prima che il nostro pianeta esistesse! Ma la caratteristica più sorprendente di questa Scogliera è stata una brusca caduta di luminosità a una precisa lunghezza d’onda: una firma che gli astronomi chiamano “discontinuità di Balmer”. In pratica succede quando il gas idrogeno assorbe alcune frequenze luminose. Solo che qui la discontinuità di Balmer era il doppio più pronunciata rispetto a quanto qualsiasi modello stellare noto potesse produrre: tanto da costringere i ricercatori a rivedere tutte le ipotesi tradizionali.
Buchi neri travestiti da stelle?
La spiegazione a cui il team è arrivato capovolge completamente la nostra visione dello spazio. The Cliff non è una galassia piena di stelle distinte, ma un unico, supermassiccio buco nero che divora materia circostante a una velocità impressionante. Questo banchetto accelerato ha imprigionato il buco nero in una densa sfera luminosa di gas idrogeno. Il guscio di gas viene compresso e riscaldato dall’energia liberata mentre la materia cade verso il buco nero, diventando così spesso e brillante da sembrare, a distanza, l’atmosfera di una stella gigante.
Joel Leja, professore associato di astrofisica alla Penn State University e co-autore dello studio, ha spiegato che il gruppo ha esaminato una quantità di macchie rosse finché ne hanno trovata una con troppa atmosfera per essere spiegata da normali stelle. «Inizialmente ci aspettavamo una minuscola galassia piena di stelle fredde e separate, ma in realtà si comporta come una singola, gigantesca e molto fredda stella». Il team ha coniato il termine “stelle buco nero” (black hole stars) per descrivere questi oggetti: non stelle nel senso tradizionale, ma veri e propri buchi neri avvolti in un involucro atmosferico densissimo che ne imita l’aspetto
Oggi sappiamo che molte galassie ospitano al loro centro buchi neri pesanti miliardi di volte il Sole. Il dubbio che tormenta i cosmologi è sempre lo stesso: ma come hanno fatto a crescere così tanto in così poco tempo? All’inizio dell’universo, questi colossi erano solo semi minuscoli, e i tempi cosmici appaiono troppo brevi perché la loro lenta e costante “alimentazione” spieghi le dimensioni attuali.
Una risposta per i giganti del cosmo?
Un buco nero che ingoia materia ai ritmi estremi osservati nella Scogliera potrebbe crescere in fretta, anzi, in modo esplosivo. Questa è la chiave che potrebbe spiegare perché alcuni dei “semi” cosmici sono diventati tanto rapidamente colossi tra le galassie. Secondo Leja, queste “stelle buco nero” potrebbero rappresentare proprio la primissima fase di formazione dei grandi buchi neri che abitano le galassie di oggi.
Il modello della “stella buco nero” si adatta perfettamente alla Scogliera. Però non è detto che possa spiegare ogni singola piccola macchia rossa nel cielo. Il prossimo passo del gruppo sarà analizzare la densità del gas in altre macchie rosse estreme, per capire se questa spiegazione valga per tutta la popolazione degli oggetti individuati, o se la Scogliera resti un caso isolato.