Astrofisica

Astrofisica

Una delle regole base dell’Universo è che non esiste la perfezione.
E senza imperfezione, né io né voi esisteremmo

Stephen Hawking

Questa affermazione di Stephen Hawking non ha semplicemente un valore filosofico. Tutto ciò che osserviamo oggi nell’Universo, infatti, è frutto di una piccolissima, minuscola imperfezione casuale.

Poco dopo il Big Bang, L’Universo era molto diverso da come lo conosciamo oggi. Quattordici miliardi di anni fa non esistevano stelle, pianeti, galassie e lo spazio era riempito da un mare di particelle distribuite omogeneamente. Durante i primi istanti di vita del Cosmo, in questa distesa omogenea, si erano sviluppate delle piccole irregolarità: in alcuni punti la densità era leggermente più alta, in altri leggermente più bassa.

L’immagine di sinistra è la fotografia che abbiamo della prima luce dell’Universo, osservata dal satellite Planck. Questa luce antichissima, chiamata radiazione di fondo cosmico, ha iniziato il suo viaggio nello spazio quanto l’Universo aveva 380 000 anni, quasi 14 miliardi di anni fa. I colori diversi rappresentano delle zone con temperature leggermente diverse, che corrispondono a regioni con densità diverse: le zone rosse sono leggermente (un centomillesimo!) più dense del resto, mentre le blu leggermente meno dense.

Senza questa piccolissima imperfezione cosmica non esisterei io, non esistereste voi, non esisterebbero i pianeti, le stelle, le galassie. Non ci sarebbe nulla di ciò che vediamo oggi.
È da queste minuscole fluttuazioni casuali, infatti, che sono nate le galassie: per effetto della gravità, la materia è stata attratta dalle sovradensità, lasciando i vuoti sempre più vuoti. Questa crescita è poi culminata, meno di un miliardo di anni anni dal Big Bang, nell’accensione delle più antiche luci dell’Universo: il gas, addensandosi sempre di più in alcuni punti, ha permesso alle prime stelle di accendersi, e così sono nate le galassie.
Dopo centinaia di milioni di anni di buio, l’Universo ha così visto la sua alba cosmica.

Le prime galassie, tendenzialmente piccole e irregolari, sono cresciute col tempo, catturando il gas diffuso intorno a loro e fondendosi con quelle vicine. Stabilizzandosi hanno assunto una forma più regolare, fino a diventare le strutture che vediamo oggi, 14 miliardi di anni dopo il Big Bang.

Le attuali osservazioni mostrano che nel centro di tutte le galassie a noi vicine abitano non solo le stelle, ma anche altri ospiti: buchi neri con una massa di milioni, anche miliardi di volte la massa del nostro Sole.

Nel centro della Via Lattea, per esempio, vive SagittariusA*, un buco nero di 4 milioni di masse solari, mentre la famosa fotografia, ottenuta con la rete di telescopi dell’EHT nel 2019, mostra l’ombra di M87*, un buco nero con una massa di 6.5 miliardi di Soli, ospite del centro della galassia M87.

Questi buchi neri non nascono mastodontici, ma diventano cosidetti supermassicci crescendo assieme alla loro galassia ospite: partono da buchi neri piccoli, da semi di buco nero, con masse di centinaia di volte quella del nostro Sole e, sfruttando le fusioni fra galassie, si fondono fra di loro, crescendo. Per diventare così massicci, però, devono soprattutto fagocitare per molto tempo importanti quantità di gas, che trovano a disposizione nei loro paraggi. Per lo più, quindi, i buchi neri al centro della galassie attorno a noi crescono divorando la materia che hanno intorno per miliardi di anni.

Qualche decennio fa è avvenuta un’importante scoperta: in alcune delle prime galassie dell’Universo sono stati osservati buchi neri supermassicci con masse di miliardi di volte la massa del nostro Sole. Sono quindi addirittura più grandi di quelli che troviamo nei nostri paraggi, come SagittariusA* o M87*, ma hanno avuto poche centinaia di milioni di anni per crescere, a differenza dei nostri vicini di casa, che hanno potuto accumulare tutta la loro massa banchettando per una decina di miliardi di anni. 

L’osservazione di questi buchi neri estremamente cresciuti ma presenti in un Universo ancora giovanissimo ha fatto nascere alcune delle domande più importanti dell’Astrofisica moderna: come si sono potuti formare buchi neri così grandi in un tempo così breve? In che rapporto sono stati con la loro galassia ospite? Che impatto hanno avuto nell’evoluzione chimica dell’Universo?
Queste sono alcune delle domande attorno alle quali è ruotato il mio lavoro di ricerca: lo studio della nascita e della formazione dei primi buchi neri nell’Universo.

Approfondisci leggendo la mia tesi di dottorato