Si tratta anche del buco nero meno massiccio di qualsiasi altro identificato finora nell'universo primordiale. Ma non solo. Webb ha anche permesso di identificare undici galassie che esistevano quando l'universo aveva dai 470 ai 675 milioni di anni.
Queste scoperte sono avvenute nell'ambito del sondaggio Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) di Webb, condotto da Steven Finkelstein dell'Università del Texas ad Austin, che combina immagini e dati del vicino e medio infrarosso altamente dettagliati di Webb.
Lo studio è stato pubblicato sul The Astrophysical Journal Letters.
Un buco nero che "pesa" poco
Il buco nero nella galassia CEERS 1019 non sta diventando famoso solo per la sua età ma anche perché la sua massa arriva a circa 9 milioni di masse solari, molto meno rispetto agli altri buchi neri noti nell'universo primordiale, rilevati da altri telescopi. Questi erano tutti più di 1 miliardo di masse solari e molto più luminosi. CEERS 1019 è, invece, più simile al buco nero al centro della Via Lattea che è 4,6 milioni di volte la massa del Sole e potrebbe essere solo uno degli innumerevoli buchi neri cresciuti durante l'alba cosmica, il periodo che inizia circa 100 milioni di anni dopo il Big Bang. Gli astronomi sono molto interessati alla ricerca dei cosiddetti buchi neri "primordiali", che si sono formati molto presto o secondo alcune teorie anche prima del Big Bang, per risolvere un mistero. La presenza dei tanti buchi neri supermassicci (SMBH dall'inglese Supermassive Black Holes) in quel periodo, che sarebbero diventati così grandi in così poco tempo, è davvero un rompicapo cosmico.
I buchi neri nascono dal collasso di stelle giganti e crescono rimpinzandosi incessantemente di gas, polvere, stelle e altri buchi neri. Durante il processo, l'attrito provoca il riscaldamento del materiale che si avvolge a spirale nelle loro fauci emettendo luce, che può essere rilevata dai telescopi.
Per individuare questo buco nero, gli astronomi hanno scansionato il cielo con i due strumenti a infrarossi di Webb, il Mid-Infrared Instrument (MIRI) e la Near Infrared Camera (NIRCam) e hanno utilizzato gli spettrografi incorporati nelle fotocamere per scomporre la luce. Decostruendo questi deboli bagliori inviati dai primi anni dell'universo, hanno trovato un picco inaspettato, un segno chiave che il materiale caldo attorno a un buco nero stava irradiando deboli tracce di radiazione attraverso il cosmo.
Tuttavia, CEERS 1019 potrebbe detenere il record solo per poche settimane: altri potenziali candidati più distanti, identificati sempre grazie al JWST, sono in corso di valutazione.
Questo grafico mostra i rilevamenti dei buchi neri supermassicci attivi più distanti attualmente conosciuti nell'universo. Sono stati identificati da una serie di telescopi, sia nello spazio che a terra. Tre sono stati recentemente identificati dal sondaggio CEERS (Cosmic Evolution Early Release Science) del James Webb Space Telescope.
Crediti: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI)
L'Universo lontano ora è più vicino
Il JWST sta offrendo dati senza precedenti. "Guardare questo oggetto distante con questo telescopio è molto simile a guardare i dati dei buchi neri che esistono nelle galassie vicine alla nostra", ha detto nel comunicato Rebecca Larson dell'Università del Texas ad Austin, che ha guidato questa scoperta. "Ci sono così tante linee spettrali da analizzare!" Il team non solo è riuscito a districare quali emissioni nello spettro provengono dal buco nero e quali dalla sua galassia ospite ma ha potuto anche individuare la quantità di gas che il buco nero sta ingerendo e determinare il tasso di formazione stellare della sua galassia.
Nelle immagini di Webb, CEERS 1019 appare come tre ciuffi luminosi, non un singolo disco circolare.
"Non siamo abituati a vedere così tanta struttura nelle immagini a queste distanze", ha affermato il membro del team CEERS Jeyhan Kartaltepe del Rochester Institute of Technology di New York. "Una fusione di galassie potrebbe essere in parte responsabile dell'alimentazione dell'attività nel buco nero di questa galassia, e ciò potrebbe anche portare a una maggiore formazione stellare".
Buchi neri distanti
Dale Kocevski del Colby College di Waterville, nel Maine, e il suo team hanno individuato un'altra coppia di piccoli buchi neri nei dati.
Il primo, all'interno della galassia CEERS 2782, esisteva 1,1 miliardi di anni dopo il Big Bang. Il secondo buco nero, nella galassia CEERS 746, esisteva poco prima, 1 miliardo di anni dopo il Big Vang. Il suo brillante disco di accrescimento, un anello formato da gas e polvere, è ancora parzialmente offuscato dalla polvere. "Il buco nero centrale è visibile ma la presenza di polvere suggerisce che potrebbe trovarsi all'interno di una galassia che sta anche pompando furiosamente stelle", ha spiegato Kocevski.
Come quello di CEERS 1019, anche questi due buchi neri sono "leggeri", se confrontati con buchi neri supermassicci precedentemente noti a queste distanze. Sono solo circa 10 milioni di volte la massa del Sole.
“I ricercatori sanno da tempo che ci devono essere buchi neri di massa inferiore nell'universo primordiale. Webb è il primo osservatorio in grado di catturarli in modo così chiaro", ha aggiunto Kocevski. "Ora pensiamo che i buchi neri di massa inferiore potrebbero essere ovunque, in attesa di essere scoperti". Prima del JWST, "tutti e tre i buchi neri erano troppo deboli per essere rilevati", ha aggiunto Finkelstein.
Gli spettri sensibili di Webb hanno anche permesso di misurare le distanze precise e quindi l'età delle galassie nell'universo primordiale.
I membri del team Pablo Arrabal Haro del NOIRLab della NSF e Seiji Fujimoto dell'Università del Texas ad Austin hanno identificato 11 galassie che esistevano da 470 a 675 milioni di anni dopo il big bang.
"Sono sopraffatto dalla quantità di spettri altamente dettagliati di galassie remote che Webb ha restituito", ha detto Arrabal Haro. "Questi dati sono assolutamente incredibili".
"Questo insieme, insieme ad altre galassie lontane che potremmo identificare in futuro, potrebbe cambiare la nostra comprensione della formazione stellare e dell'evoluzione delle galassie nel corso della storia cosmica", ha detto Fujimoto.
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