La NASA si sta preparando a lanciare il telescopio spaziale romano Nancy Grace. La data di lancio è fissata per Agosto. 30, 2026. Ma i tempi potrebbero sembrare un po’ tardi per la storia cosmica. A quel punto, il telescopio avrà la possibilità di guardare indietro a un’era violenta conosciuta come “mezzogiorno cosmico”.
Ciò avvenne tra 11 e 12 miliardi di anni fa. Un periodo caotico. Un periodo disordinato.
Ed è esattamente quando i buchi neri stavano facendo a pezzi le stelle. Questi eventi sono chiamati eventi di perturbazione delle maree o TDE. Sono la chiave per risolvere uno dei più grandi grattacapi dell’astronomia: come hanno fatto i buchi neri a diventare così grandi e così in fretta?
I TDE spiegano il centro mancante
Cerchiamo di essere chiari sulla meccanica. Quando una stella si avvicina troppo a un buco nero supermassiccio, la gravità vince. Il buco nero allunga la stella. Viene spesso chiamata “spaghettificazione”. La stella viene distrutta. Turbini di plasma. Il buco nero mangia.
È disordinato. È luminoso. Ed è l’unico modo per vedere i buchi neri più leggeri.
I buchi neri supermassicci di solito si nascondono dietro gli orizzonti degli eventi. La luce non può sfuggire. Non puoi vederli a meno che non stiano mangiando. E non tutti i buchi neri hanno fame.
Quelli più leggeri, quelli tra 100.000 e 100 milioni di volte la massa del nostro sole, sono esigenti. Non divorano costantemente la materia. Vanno in letargo. Finché una stella non commette un errore.
È qui che entrano in gioco i TDE. Lampeggiano abbastanza luminosi da eclissare l’intera galassia ospite. Accendono le luci dei buchi neri che altrimenti rimarrebbero bui.
Ma ecco il puzzle. La scienza precedente suggeriva che i TDE fossero rari nell’universo primordiale. Perché? Perché si pensava che i primi buchi neri fossero troppo piccoli per distruggere le stelle. Troppo piccolo significa nessuna interruzione delle maree. Nessun TDE.
I nuovi dati non sono d’accordo. Uno studio recente suggerisce che i TDE potrebbero essere stati comuni durante il mezzogiorno cosmico. Nello specifico, da 1 a 2 miliardi di anni dopo il Big Bang.
Strategia di indagine di Roman
Entra nel telescopio spaziale romano.
Non è solo un altro successore di Hubble. È uno strumento specializzato. La sua indagine nel dominio del tempo ad alta latitudine osserverà ripetutamente porzioni di cielo. L’area che copre equivale a 90 lune piene.
Ripetutamente.
Perché ripetere la visione? Perché i transitori, gli eventi che divampano e svaniscono, sono fugaci. Roman deve sorprenderli mentre cambiano.
Gli scienziati stimano che Roman individuerà migliaia di TDE ogni anno. E non solo quelli vicini. Centinaia di questi risaliranno al mezzogiorno cosmico.
“Il telescopio spaziale romano sarà trasformativo per [la scienza transitoria]”, ha affermato Mitchell Karmen. “Possiamo trovare molteplici eventi di perturbazione delle maree a [distanze maggiori e] tempi cosmici precedenti rispetto al passato.”
Viene dalla Johns Hopkins University. Sa di cosa sta parlando.
Questo è importante. Non si tratta solo di contare gli eventi. Si tratta di contare quelli giusti.
Risolvere il puzzle della crescita del buco nero
Il telescopio spaziale James Webb invia dati dal luglio 2022. Ciò che ha scoperto è problematico.
JWST continua a individuare buchi neri supermassicci quando l’universo aveva meno di 1 miliardo di anni.
Pensa a quella cronologia. Un miliardo di anni. Questo è tutto. Affinché i buchi neri raggiungano quelle masse – milioni o miliardi di soli – hanno bisogno di tempo. Hanno bisogno di fusioni. Hanno bisogno di cibo. Un miliardo di anni non è un tempo sufficiente secondo i modelli standard.
A meno che… i semi non fossero diversi.
Esistono due teorie principali su come sono nati questi mostri.
La teoria del seme di luce
Questo è il modello del collasso stellare. Le stelle massicce muoiono. Collassano in piccoli buchi neri. Questi iniziano con solo poche centinaia di masse solari.
Poi mangiano. Si fondono. Crescono velocemente. Ma iniziano in piccolo.
Se questo fosse vero, l’universo primordiale dovrebbe essere pieno di questi buchi neri di massa intermedia. E se sono intermedi, dovrebbero produrre TDE.
La teoria del seme pesante
Questo è più diretto. Non sono necessarie stelle. Solo gigantesche nubi di gas e polvere primordiali che collassano direttamente nei buchi neri.
Questi iniziano alla grande. Forse migliaia di masse solari. Saltano la piccola fase. Crescono dal salto.
Ma questo processo è raro. Richiede condizioni specifiche e dense. Se i semi pesanti fossero la regola, allora i buchi neri intermedi – e i loro TDE – dovrebbero essere scarsi durante il mezzogiorno cosmico.
Quindi, come scegli?
Conti i TDE.
Se Roman rileva migliaia di eventi di perturbazione delle maree durante quest’epoca, punta verso semi di luce. I buchi neri erano comuni, crescevano da resti stellari e distruggevano le stelle.
Se il conteggio è basso? Quindi i semi pesanti sono probabilmente la via principale. I buchi neri sono nati da un collasso diretto, lasciando pochi oggetti intermedi a causare disagi.
La caccia ha inizio
Roman non si limiterà a confermare queste teorie. Li affinerà.
L’elevata sensibilità del telescopio gli consente di vedere bagliori deboli e distanti. Razzi che Hubble o anche JWST potrebbero non notare. Sta dando la caccia ai fantasmi delle prime galassie.
E li sta dando la caccia in modo efficiente.
Il cielo è affollato durante il mezzogiorno cosmico. Le galassie si stanno fondendo. Il gas scorre. È un ambiente turbolento. I buchi neri sono attivi. Le stelle stanno cadendo.
Roman si occuperà del caos.
Troverà i semi leggeri? Oppure i semi pesanti manterranno la loro posizione? I dati lo diranno.
E lo farà guardando il cielo spezzarsi. Ancora. E ancora. E ancora.
