Tra le immagini del telescopio spaziale della NASA Wide-field Infrared Survey Explorer ( WISE) catturate nel 2010, gli scienziati hanno scoperto la galassia più luminosa dell'Universo finora conosciuta, illuminata dalla luce di oltre 300.000 miliardi soli.
Denominata WISE J224607.57-052635.0, appartiene ad una nuova classe di oggetti recentemente scoperti da WISE, le " extremely luminous infrared galaxies" ( ELIRGs). Al suo centro potrebbe esserci un mostruoso buco nero che ingoia gas e materia dal disco circostante, producendo temperature di milioni di gradi e molta energia nel visibile, ultravioletto e raggi X. Questa luce viene bloccata dalle zone circostanti maggiormente dense di polveri le quali, riscaldandosi, irradiano luce infrarossa (che WISE è in grado di vedere molto bene).
"Stiamo osservando una fase molto intensa evolutiva delle galassie", ha spiegato Chao-Wei Tsai, Jet Propulsion Laboratory della NASA (JPL) di Pasadena, in California, autore del nuovo studio pubblicato il 22 maggio sulla rivista The Astrophysical Journal. "Questa luce abbagliante potrebbe provenire da un picco di crescita del buco nero al centro della galassia".
Buchi neri enormi al centro dei nuclei galattici sono piuttosto comuni ma identificarne uno così massiccio e lontano è una rarità: la luce di WISE J224607.57-052635.0 ha viaggiato per 12,5 miliardi di anni prima di raggiungerci. Ciò che stiamo osservando è una finestra su un lontano passato: questo buco nero deve essere stato miliardi di volte la massa del nostro Sole quando l'Universo aveva solo un decimo della sua età attuale (13,8 miliardi di anni).
Ma come mai i buchi neri nelle ELIRGs sono diventati così grandi?
Il documento ipotizza tre cause: in primo luogo, potrebbero essere nati grandi, ossia i "semi" o buchi neri embrionali, sarebbero stati più massicci di quanto ritenuto finora; le altre due piegazioni coinvolgono, invece, il limite Eddington.
Quando un buco nero si nutre, il gas cade al suo interno e si riscalda, producendo luce. La pressione della luce, a sua volta, spinge il gas lontano, creando un limite alla velocità con cui il buco nero può continuamente a divorare materia. Se un buco nero rompesse queste limite potrebbe, teoricamente, gonfiarsi rapidamente ad un ritmo vertiginoso. Questa situazione è stata osservata in alcuni buchi neri ma quello di WISE J224607.57-052635.0 avrebbe dovuto rompere il limite diverse volte per quanto è grande.
Oppure, "il buco nero potrebbe essere arrivato a tali dimensioni dopo molta baldoria", ha detto Tsai, "consumando cibo più velocemente di quanto ritenuto possibile. Ciò potrebbe accadere se il buco nero non gira molto velocemente". Un buco nero in rapida rotazione, infatti, oltre a ingoiare materia tende anche a respingerla, mentre se la sua rotazione fosse più lenta sarebbe in grado di divorare un lauto pasto.
Certamente, saranno necessari ulteriori dati per risolvere il puzzle delle luminosissime ELIRGs: il team, per esempio, cercherà ora di determinare con maggiore precisione la massa del buco nero centrale di questa galassia.
Il nuovo studio segnala un totale di 20 nuove ELIRGs, compresa WISE J224607.57-052635.0.
We present 20 WISE-selected galaxies with bolometric luminosities L_bol > 10^14 L_sun, including five with infrared luminosities L_IR = L(rest 8-1000 micron) > 10^14 L_sun. These "extremely luminous infrared galaxies," or ELIRGs, were discovered using the "W1W2-dropout" selection criteria which requires marginal or non-detections at 3.4 and 4.6 micron (W1 and W2, respectively) but strong detections at 12 and 22 micron in the WISE survey. Their spectral energy distributions are dominated by emission at rest-frame 4-10 micron, suggesting that hot dust with T_d ~ 450K is responsible for the high luminosities. These galaxies are likely powered by highly obscured AGNs, and there is no evidence suggesting these systems are beamed or lensed. We compare this WISE-selected sample with 116 optically selected quasars that reach the same L_bol level, corresponding to the most luminous unobscured quasars in the literature. We find that the rest-frame 5.8 and 7.8 micron luminosities of the WISE-selected ELIRGs can be 30-80% higher than that of the unobscured quasars. The existence of AGNs with L_bol > 10^14 L_sun at z > 3 suggests that these supermassive black holes are born with large mass, or have very rapid mass assembly. For black hole seed masses ~ 10^3 M_sun, either sustained super-Eddington accretion is needed, or the radiative efficiency must be <15%, implying a black hole with slow spin, possibly due to chaotic accretion.