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Segreti nascosti dell'universo! Come può essere generato un seme di buco nero con una massa di un milione di masse solari in una regione ad alto spostamento verso il rosso?
Nelle fasi iniziali dell'universo, la formazione dei buchi neri è sempre stata un argomento affascinante. Recenti ricerche scientifiche hanno sottolineato che i buchi neri a collasso diretto (DCBH) sono importanti semi di buchi neri formati in regioni ad alto spostamento verso il rosso e le loro masse possono raggiungere un milione di masse solari. Questa svolta scientifica non solo ci fornisce una comprensione più profonda della storia dell’universo, ma ridefinisce anche il meccanismo di formazione dei buchi neri di alta qualità.
Il processo di formazione dei buchi neri a collasso diretto
La formazione di buchi neri a collasso diretto avviene approssimativamente nell'intervallo di spostamento verso il rosso z=15-30, il che significa che quando l'universo aveva solo 100-200 milioni di anni, le condizioni nell'universo erano particolarmente adatte alla condensazione di grandi questione su larga scala.
La formazione di questi buchi neri è diversa dai semi del buco nero che hanno avuto origine dalle prime stelle (cioè le stelle di popolazione III), ma è direttamente guidata da una sorta di instabilità gravitazionale.
Prima che questi buchi neri possano formarsi, il gas deve soddisfare una serie di condizioni specifiche, come essere privo di metalli (contenente solo idrogeno ed elio) e avere un flusso di fotoni Lyman-Werner sufficiente a distruggere le molecole di idrogeno, impedendo che il gas dal raffreddamento e frammentato. Un tale ambiente provoca il collasso gravitazionale della nube di gas, portando infine alla formazione di un buco nero con una densità di materia estremamente elevata al suo interno.
Un raro numero di buchi neri a collasso diretto
Nonostante il supporto teorico per i DCBH, attualmente sappiamo che sono molto rari nell'universo ad alto spostamento verso il rosso. Secondo le ultime simulazioni cosmiche, le condizioni per la formazione di tali buchi neri sono molto dure, quindi si prevede che la loro densità numerica sarà al massimo solo di circa 1 per gigapasec cubo. Nello scenario più ottimistico, questa quantità potrebbe raggiungere circa 100.000 per gigaparasec cubo.
Osservazione e scoperta
Con il progresso della scienza e della tecnologia, gli astronomi stanno diventando sempre più attivi nella ricerca del DCBH. Dal 2016, un gruppo di ricerca dell’Università di Harvard utilizza il telescopio spaziale Hubble e l’Osservatorio a raggi X Chandra per cercare indizi su tali buchi neri. Recentemente, hanno scoperto due candidati che corrispondono alle caratteristiche spettrali previste nei dati nell’intervallo di spostamento verso il rosso elevato z > 6.
Questi buchi neri sono caratterizzati da un significativo eccesso di radiazione infrarossa, che è più evidente rispetto ad altri oggetti ad alto spostamento verso il rosso.
Differenze dai buchi neri primordiali e dai buchi neri da collasso stellare
È importante notare che esistono differenze fondamentali tra i DCBH e i buchi neri primordiali e i buchi neri da collasso stellare. Mentre i buchi neri primordiali si formano da un collasso diretto di energia, i DCBH derivano dal collasso di regioni di gas insolitamente dense.
Durante il processo di formazione dei buchi neri primordiali, non subiscono alcun processo intermedio da parte delle stelle, quindi generalmente non classifichiamo i buchi neri prodotti dal collasso delle stelle di popolazione III come "decomposizione fragile diretta".
Direzioni di ricerca future
Con il lancio del telescopio spaziale James Webb, le osservazioni di questi candidati buchi neri saranno ulteriormente approfondite e saremo in grado di confermarne la natura e l'esistenza in modo più efficace. In ogni caso, l’esplorazione di DCBH è ancora piena di sfide e misteri, che non solo ci pone nuove domande sulla cosmologia, ma stimola anche la nostra riflessione sulla formazione e l’evoluzione dell’universo.
Questi studi all'avanguardia rivelano una domanda importante: quanti fenomeni misteriosi restano da scoprire in questo universo infinito?
