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Il mistero del buco nero nell'universo primordiale

La presenza di buchi neri supermassicci non è da tempo una notizia in grado di fare sobbalzare sulla sedia un amatore della materia e tanto meno un astrofisico. Si ritiene in effetti che quasi ogni galassia ospiti al suo centro uno di questi giganti le cui dimensioni, nei casi estremi, sono pari a quelle del Sistema Solare.


Sebbene secondo la teoria della relatività generale possano esistere buchi neri di qualunque  massa, i buchi neri più facili da predire sono i più "modesti" buchi neri stellari, originati dal collasso gravitazionale di una stella massiccia (massa almeno 20 volte quella solare) nella fase successiva all'esplosione della supernova.  In assenza di contributi esterni, questi buchi neri avranno una massa compresa tra 5 e una decina di volte quella del Sole, il tutto concentrato in una sfera di pochi km di raggio. 
Nota. Maggiore la massa delle stelle e minore la loro vita, proprio grazie al fatto che la massa rende possibile "l'accensione" delle reazioni di fusione nucleare energicamente più difficili da iniziare. Alla fine della sua "vita" (e parliamo di pochi milioni di anni contro i 10 miliardi di una stella come il Sole), quando avrà consumato tutto il materiale utile per generare energia sufficiente a bilanciare l'enorme forza gravitazionale, la materia collasserà verso il centro generando una supernova e un buco nero stellare. Questa è la ragione per cui le cosiddette stelle ipergiganti sono rare; il loro veloce ciclo vitale le rende molto rare all'interno della galassia rispetto alle stelle di dimensioni minori.
Buchi neri più piccoli sono, come detto, previsti; le loro dimensioni devono rispettare parametri come il raggio di Schwarzschild, che definisce la dimensione di una sfera tale che, se tutta la massa di un oggetto dovesse essere compressa in tale ambito, la velocità di fuga dalla superficie della sfera sarebbe uguale alla velocità della luce. In altre parole sono teoricamente possibili anche buchi neri più piccolo di 1 mm. Come questi possano formarsi e dove (se esistono) si trovino è tutt'altro problema.

L'emissione di raggi gamma al centro della
Via Lattea
è uno degli indizi della presenza
di un buco nero
Discorso ancora diverso per i buchi neri supermassicci sulla cui origine ci sono diverse ipotesi, la più semplice delle quali è la fusione con altri buchi neri. In questo caso la massa può raggiungere valori incredibili; il record attuale va al quasar S5 0014+81, con 40 miliardi di volte la massa del Sole. Tra quelli massicci il più vicino a noi, al centro della Via Lattea, è noto come S2 (nella regione Sagittarius A) ed ha circa 4 milioni di volte la massa del Sole.

Quale è stata allora la scoperta che ha stupito qualche mese fa gli astrofisici, da tempo avvezzi a questi giganti?
La scoperta di un buco nero supermassicio (massa 12 miliardi quella del Sole) distante da noi - e questa è la notizia - 12,9 miliardi di anni luce
Facendo un calcolo semplice semplice, la radiazione proveniente da questo oggetto (un qasar) arriva da un tempo in cui l'universo aveva circa 900 milioni di anni, se si fa partire l'orologio al momento del Big Bang. Un tempo troppo breve per riuscire a ipotizzare con chiarezza come abbia avuto il tempo per formarsi a meno che la dinamica della formazione di questi oggetti segua regole diverse dall'atteso.
Tra i modelli proposti vi è quello di una nube di gas collassata, in un tempo precedente alla comparsa della prima stella, in un quasi-qasar e quindi in un buco nero di massa circa 20 volte quelle del Sole; nelle fasi successive questo gigante solitario si sarebbe accresciuto a spese del gas circostante e delle vicine proto-stelle. Ad indicare l'elevato tasso di accrescimento di questo buco nero il fatto che la radiazione prodotta è maggiore di quella cosmica "dell'epoca".
Una domanda che sorge spontanea dall'osservare un oggetto pescato negli abissi del tempo è che fine abbia fatto questo buco nero? E' cresciuto sempre più di dimensioni diventando uno dei giganti descritti sopra oppure è evaporato (radiazione di Hawking)? Una ipotesi quest'ultima improbabile dato il tempo necessario affinché ciò avvenga (link). 
La domanda, temo, rimarrà a lungo inevasa.

(articoli precedenti sul tema --> )

Fonte
- An ultraluminous quasar with a twelve-billion-solar-mass black hole at redshift 6.30
Xue-Bing Wu et al, Nature 518, 512–515 (2015)

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