Trovati nuovi quasar che ci portano più vicini alla creazione dell’Universo

Tutto è cominciato da uno degli interrogativi più fondamentali mai sollevati in cosmologia: In che modo le prime fonti luminose si sono formate e hanno reionizzato l’Universo?

Dopo cinque anni di lavoro a grazie a osservazioni molto complete del nostro cielo, il progetto COSMIC-DAWN (The Emergence of Black Holes and Galaxies in the Universe) ha fatto un importante passo avanti per dare una risposta a questo interrogativo e quindi per capire la transizione dai “secoli bui” cosmici all’Universo come lo conosciamo. L’identificazione di più di 50 quasar tra i più lontani conosciuti ad oggi, insieme a un grande progresso nella caratterizzazione delle proprietà fisiche delle prime galassie, rendono questo progetto incredibilmente prezioso per la comunità scientifica.

Perché è importante capire meglio i quasar e le galassie delle epoche più antiche?

Dott. Fabian Walter: Trovando e studiando quasar nell’universo molto antico, possiamo ottenere informazioni importanti sulla formazione dei primi buchi neri supermassicci e sulle galassie che li ospitano. Adesso rileviamo i quasar in un’era in cui l’Universo aveva appena 750 milioni di anni, e cioè appena circa 1/20 della sua età attuale. Ciononostante troviamo buchi neri supermassicci con una massa che supera 1 miliardo di volte la massa del sole, le cui masse sono paragonabili a quelle dei buchi neri più massici trovati nell’universo locale. Questo mette limiti gravosi sulla rapida formazione di buchi neri supermassicci, perché c’è poco tempo per formare tali strutture. Allo stesso modo, buchi neri supermassicci in crescita si trovano in depositi di gas che mostrano un significativo arricchimento chimico. Questo arricchimento può essere spiegato solo con una precedente generazione di formazione di stelle massicce. Ancora una volta questo mette dei limiti notevoli alla formazione di stelle nelle prime galassie massicce dell’Universo.

In cosa è diverso questo progetto dai precedenti tentativi di raccogliere tali conoscenze?

Questi quasar sono estremamente rari e quindi sono necessarie ampie indagini del cielo per selezionarli. Il nostro team aveva un accesso privilegiato alla più recente indagine del cielo a multi lunghezza d’onda, la cosiddetta indagine Pan-STARRS1. Questa indagine è stata eseguita presso un osservatorio dedicato nelle Hawaii e, tra le altre cose, era dedicata a trovare quasar a redshift precedentemente inaccessibili. Questo ha permesso nuove tecniche di selezione (in particolare grazie a un filtro rosso accessibile per la prima volta con questa nuova struttura). Grazie al nostro impegno, siamo riusciti a triplicare il numero di quasar conosciuti e a spostare significativamente la frontiera dello redshift verso ere cosmiche più antiche.

Quali sono state secondo lei le scoperte più importanti?

Trovare i quasar è un compito tedioso che richiede molto tempo e consolidare un grande campione di quasar ad alto z è stato importante per la comunità. Una volta trovati questi quasar, possono essere seguiti con osservatori allo stato dell’arte multi-lambda (sia nello spazio che sulla terra). Una delle scoperte più importanti è stata poter stabilire che alcuni dei quasar vivono in grandi sovra densità galattiche che esistevano già quando l’Universo aveva meno di 1 GigaAnno. Le nostre osservazioni di follow-up hanno stabilito anche la presenza di massicce quantità di gas, sufficienti ad alimentare la futura formazione di stelle, e hanno fornito prove della formazione in corso di stelle nelle galassie ospiti.

In che modo avete proceduto per ottenere questi risultati?

Alcuni dei principali risultati sono stati ottenuti orientando sui nuovi quasar scoperti l’Atacama Large (Sub)millimetre Array (ALMA), un nuovo radio interferometro, e l’osservatorio IRAM NOEMA nelle Alpi francesi. La prima struttura si trova in Cile, a un’altitudine di 5 000 m, e fornisce di gran lunga le migliori osservazioni al millimetro del mondo. Queste osservazioni sono state essenziali per stabilire la presenza di sovra densità della galassia intorno ai quasar e per caratterizzare le proprietà di gas/polvere in dettaglio delle galassie ospite.

Quale sperate sarà l’impatto di questo progetto per la comunità scientifica?

I nostri risultati impongono limiti più severi alle teorie della formazione delle prime strutture, poiché i modelli cosmologici teorici devono spiegare e giustificare la presenza di buchi neri di massa miliardi di volte superiore al sole e il gas e la polvere chimicamente arricchiti. Questo progetto di osservazione quindi ha una chiara rilevanza per le simulazioni sia teoriche che numeriche dell’universo antico.

Quali sono i vostri piani per un eventuale follow-up dopo la conclusione del progetto?

Finora abbiamo potuto focalizzare l’attenzione solo sulla caratterizzazione dei buchi neri supermassicci in accrescimento e su gas/polvere nelle galassie che ospitano i quasar. Non siamo ancora riusciti a individuare stelle nelle galassie ospiti dei quasar, anche se pensiamo che debba esistere una massiccia componente stellare in questi quasar. Questo è probabile a causa del fatto che l’emissione centrale di quasar brillante, alimentata dall’accrescimento sul buco nero centrale supermassiccio, supera la brillantezza stellare. Il telescopio spaziale di prossima generazione (JWST) ha le potenzialità per rilevare finalmente le prime stelle che costituiscono le galassie ospiti dei quasar. Abbiamo in programma di offrire programmi completi di osservazione per osservare un campione di quasar con il JWST, con una data di lancio anticipata all’inizio del 2019.

COSMIC_DAWN
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