Otto buchi neri pesano il 5% delle stelle della galassia che li ospita

Un gruppo internazionale guidato dal Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics di Garching ha individuato otto quasar in cui il buco nero centrale vale almeno il 5% della massa di tutte le stelle della galassia che lo ospita. Nelle galassie vicine il rapporto tipico è intorno allo 0,5%, dieci volte meno. Lo studio, primo autore Johannes Buchner, è uscito il 7 settembre 2026 sulla rivista con revisione paritaria Astronomy & Astrophysics e si basa sui dati del telescopio a raggi X eROSITA.

Gli otto oggetti si trovano a redshift compreso tra 0,3 e 0,8, quindi la loro luce è partita tra circa 3,5 e 7 miliardi di anni fa, e i buchi neri hanno masse stimate tra 800 milioni e 4 miliardi di masse solari, circa mille volte Sagittarius A* al centro della Via Lattea. Il campione è piccolo e l’incertezza sulla singola massa resta di un fattore tre, come dichiarano gli stessi autori. Nessuna delle grandi simulazioni cosmologiche di evoluzione galattica produce sistemi con rapporti simili.

Come si pesano un buco nero lontano e la sua galassia

Il campo osservato si chiama eFEDS, una regione di 140 gradi quadrati mappata nel 2019 da eROSITA, lo strumento a raggi X a bordo del satellite Spektr-RG. Il comunicato dell’istituto tedesco conta nel campo 22.079 quasar, cioè nuclei galattici attivi in cui la materia che precipita verso il buco nero emette enormi quantità di radiazione. Per l’analisi statistica il gruppo ha isolato 200 quasar rilevati nella banda X più energetica, tra 2,3 e 5 keV. Tre degli otto oggetti vengono da qui, gli altri cinque dal catalogo in banda più morbida dello stesso campo.

La massa del buco nero arriva dagli spettri ottici della Sloan Digital Sky Survey, in particolare dalla riga H-beta dell’idrogeno. La larghezza della riga misura la velocità del gas che orbita vicino al buco nero, stimata intorno ai 40 milioni di km/h, e combinata con la luminosità restituisce la massa. Il metodo è tarato su campagne di reverberation mapping, che misurano il ritardo con cui il gas risponde alle variazioni di luce del disco, e la taratura copre proprio le distanze di questo campione. Resta un’incertezza sistematica di 0,45 dex, cioè un fattore tre in più o in meno su ogni singolo oggetto.

La massa stellare è la parte difficile, perché la luce del quasar sovrasta quella della galassia. Il gruppo ha usato GRAHSP, un metodo statistico bayesiano sviluppato dallo stesso Buchner nel 2024 per separare le due componenti dall’ultravioletto all’infrarosso, affiancato da un vincolo nuovo che sfrutta la luce estesa oltre il punto centrale. Per i tre oggetti del sottocampione principale la massa stellare resta di fatto un limite superiore. Le galassie risultano troppo deboli per contenere una popolazione di stelle paragonabile a quella della Via Lattea, ma i dati non dicono ancora se siano piccole, compatte o ferme nella formazione stellare.

Cosa resta da verificare e perché i modelli non ci arrivano

Gli autori hanno simulato quanti casi estremi dovrebbero comparire per puro effetto degli errori di misura e della selezione, che privilegia i buchi neri più massicci perché più luminosi, il cosiddetto bias di Lauer. Tenendone conto, almeno metà degli otto avrebbe un rapporto reale sopra il 2%, quattro volte il valore tipico. Resta aperta una spiegazione alternativa, una galassia spogliata delle sue stelle da interazioni con altre galassie, anche se nessuno dei tre quasar del campione principale mostra distorsioni mareali evidenti. L’emissione X indica che questi buchi neri stanno ancora accrescendo materia, a circa 40 milioni di masse solari per miliardo di anni e sotto il limite di Eddington, la soglia oltre la quale la pressione della radiazione respinge il gas in caduta.

Oggetti simili erano già stati segnalati. Un lavoro del 2021 ne aveva contati dieci su circa 1.200 gradi quadrati della survey giapponese HSC, e il telescopio spaziale James Webb ne ha trovati nel primo miliardo di anni dell’universo. Qui cambia la densità, stimata in 16 per gigaparsec cubo con un limite inferiore conservativo di 4 (un gigaparsec vale circa 3,26 miliardi di anni luce). Per gli autori un buco nero può crescere per circa un miliardo di anni in modo scollegato dalla formazione stellare, senza bisogno di nascere già enorme, e la stessa spiegazione potrebbe valere per i buchi neri osservati da Webb.

Le simulazioni di riferimento, tra cui Illustris, TNG, EAGLE, Horizon-AGN, Simba, Magneticum e ASTRID, restano vicine allo 0,5% perché legano l’accrescimento del buco nero al potenziale gravitazionale della galassia. Roberto Maiolino dell’Università di Cambridge, che non ha partecipato allo studio, ha definito i risultati inattesi e tali da imporre una revisione di come crescono i buchi neri lungo la storia cosmica. Il gruppo indica due passi successivi, osservazioni ad alta risoluzione delle galassie ospiti e l’analisi della survey completa di eROSITA, che secondo le loro stime contiene oltre dieci volte più oggetti di questo tipo.