Il telescopio spaziale dell’ESA ha individuato 31 quasar risalenti all’alba del cosmo. Due esistevano già appena 670 milioni di anni dopo il Big Bang, quando l’Universo aveva soltanto il 5% della sua età attuale
Guardare abbastanza lontano nello spazio significa guardare indietro nel tempo. La luce impiega infatti miliardi di anni per attraversare l’Universo e raggiungere i nostri telescopi. È così che Euclid, la missione spaziale dell’Agenzia Spaziale Europea, è riuscita a spingersi fino a una delle epoche più remote della storia cosmica, scoprendo 31 quasar antichissimi, due dei quali risultano essere i più remoti mai osservati.
La loro luce ha iniziato il viaggio verso di noi quando l’Universo aveva appena 670 milioni di anni, circa il 5% della sua età attuale. Eppure, già allora, al centro di alcune giovani galassie esistevano buchi neri supermassicci capaci di alimentare fenomeni di una luminosità straordinaria, paragonabile a quella di mille miliardi di Soli.
La scoperta rappresenta molto più di un nuovo record astronomico. Tocca infatti uno dei grandi misteri dell’astrofisica moderna: come hanno fatto buchi neri così enormi a formarsi e crescere così rapidamente, quando il cosmo era ancora giovanissimo?
I fari più potenti del cosmo
I quasar sono tra gli oggetti più luminosi dell’Universo, ma la luce che osserviamo non proviene direttamente dal buco nero che si trova al loro centro. Per definizione, infatti, nulla può sfuggire oltre l’orizzonte degli eventi di un buco nero. Lo spettacolo avviene appena all’esterno.
Gas, polveri e altro materiale vengono catturati dalla gravità del buco nero supermassiccio e iniziano a ruotargli intorno formando un disco estremamente caldo. Prima di precipitare definitivamente, la materia viene compressa, accelerata e riscaldata fino a temperature enormi, liberando quantità gigantesche di energia.
Durante questa fase, il nucleo della galassia può brillare centinaia o migliaia di volte più della galassia stessa. È un fenomeno relativamente breve nella storia di un sistema galattico, ma talmente intenso da essere visibile attraverso distanze cosmiche immense.
Proprio per questa ragione i quasar sono strumenti preziosissimi per gli astronomi. Funzionano come fari accesi nel passato remoto e permettono di studiare epoche dell’Universo altrimenti quasi inaccessibili.
Due nuovi record cosmici
Tra i 31 quasar scoperti da Euclid, i due più lontani hanno ricevuto le sigle EUCL J172902.75+641018.1 ed EUCL J125308.55+705432.3.
Il primo possiede un redshift, cioè uno spostamento verso il rosso della sua luce dovuto all’espansione dell’Universo, pari a 7,77. Il secondo raggiunge un valore di 7,69. Entrambi risalgono ai primi 670 milioni di anni di storia cosmica e hanno superato il precedente detentore del record, che aveva un redshift di 7,64.
La scoperta ha inoltre portato alla luce 12 nuovi quasar con redshift uguale o superiore a 7, quindi appartenenti ai primi 770 milioni di anni dell’Universo. Il dato è particolarmente significativo. Per più di un decennio gli astronomi erano riusciti a individuare soltanto una decina di quasar appartenenti a questa epoca remota. Euclid ne ha trovati più di quel numero in circa un anno, più che raddoppiando la popolazione conosciuta di questi rarissimi oggetti.
Per la prima volta, dunque, gli astronomi possono iniziare a parlare non più soltanto di singole eccezioni, ma di una vera e propria popolazione di quasar nell’Universo primordiale.
Il mistero dei buchi neri cresciuti troppo in fretta
Ed è proprio qui che emerge il problema più affascinante.
Oggi sappiamo che nel cuore della maggior parte delle grandi galassie si trovano buchi neri supermassicci, con masse milioni o miliardi di volte superiori a quella del Sole. Nell’Universo attuale non è difficile immaginare che questi giganti abbiano avuto miliardi di anni a disposizione per crescere.
Ma i quasar scoperti da Euclid esistevano quando dal Big Bang erano trascorsi meno di 700 milioni di anni. In termini cosmici, pochissimo.
Per diventare così grandi in un tempo tanto breve, i loro buchi neri devono essere nati da “semi” insolitamente massicci, oppure aver accumulato materia a velocità eccezionali. È possibile anche che entrambi i processi abbiano avuto un ruolo. Comprendere quale meccanismo abbia dominato è oggi una delle questioni centrali nello studio della formazione delle prime galassie.
La scoperta di Euclid non risolve ancora questo enigma, ma offre agli astronomi ciò che finora era mancato: un campione abbastanza ampio di oggetti da poter iniziare a confrontarli, cercando caratteristiche comuni e differenze.
Un’epoca in cui l’Universo stava cambiando volto
Questi quasar appartengono inoltre a una fase decisiva della storia cosmica: l’epoca della reionizzazione.
Dopo la nascita dell’Universo e la formazione dei primi atomi, il cosmo attraversò un lungo periodo conosciuto come “età oscura”. Non esistevano ancora stelle e galassie in quantità sufficiente a illuminare lo spazio. Poi qualcosa cambiò.
Le prime generazioni di stelle, galassie e buchi neri cominciarono a emettere radiazioni energetiche capaci di ionizzare l’idrogeno che riempiva l’Universo, trasformando progressivamente il cosmo e rendendolo sempre più simile a quello che osserviamo oggi. I quasar individuati da Euclid brillavano proprio durante questa grande transizione.
Studiare la loro luce significa quindi cercare di capire non soltanto come nacquero i primi buchi neri supermassicci, ma anche quale ruolo questi oggetti abbiano avuto nel trasformare l’ambiente cosmico circostante.
Uno dei nuovi quasar è già stato osservato più nel dettaglio: si trova all’interno di una galassia ricca di gas e polveri, nella quale stanno nascendo nuove stelle a ritmo molto intenso. È un indizio prezioso di come potessero apparire le galassie che ospitavano i primi grandi buchi neri.
Perché Euclid riesce a trovarli
La missione Euclid è stata progettata principalmente per studiare l’Universo oscuro, cercando di ricostruire la distribuzione della materia oscura e comprendere meglio il ruolo dell’energia oscura nell’espansione cosmica. Ma le sue caratteristiche la rendono anche uno straordinario cacciatore di oggetti rari e lontanissimi.
Il telescopio combina infatti una grande area di osservazione, immagini molto nitide e strumenti capaci di lavorare nell’infrarosso dallo spazio. Questa combinazione permette di distinguere i quasar primordiali da oggetti più vicini che possono avere colori apparentemente simili, come alcune stelle della nostra galassia. La sfida non consiste soltanto nel vedere molto lontano, ma nel cercare oggetti rarissimi in porzioni enormi di cielo.
Ed è qui che Euclid ha un vantaggio fondamentale. Il suo programma principale di osservazione, l’Euclid Wide Survey, è destinato a coprire più di un terzo dell’intera volta celeste. Mentre mapperà miliardi di galassie per ricostruire la struttura su grande scala dell’Universo, il telescopio potrebbe continuare a individuare nuovi quasar risalenti all’alba del cosmo. I 31 oggetti appena scoperti potrebbero quindi rappresentare soltanto l’inizio.
Per decenni, i quasar più antichi sono stati eccezioni isolate, rarissimi punti luminosi emersi dall’oscurità del cosmo primordiale. Euclid sta trasformando quelle eccezioni in una popolazione da studiare.
E ogni nuovo quasar potrebbe contenere una parte della risposta a una delle domande più profonde dell’astrofisica: come ha fatto un Universo ancora giovanissimo a costruire, in così poco tempo, alcuni degli oggetti più giganteschi e potenti mai esistiti?
Stefano Camilloni
