Sorprendenti emissioni di raggi X ad alta energia dalla Galassia Vortice e dalla sua piccola compagna

Un articolo pubblicato sulla rivista “The Astrophysical Journal” presenta un’analisi spettrale approfondita dei due nuclei galattici attivi e di altre fonti di raggi X delle due galassie che formano M51. Un team di ricercatori ha usato il telescopio spaziale NuSTAR della NASA per rilevare le emissioni di raggi X ad alta energia, in grado di passare attraverso gli strati di polveri e gas che orbitano attorno ai due buchi neri supermassicci al centro delle due galassie che stanno interagendo in una fase iniziale di una fusione galattica. Una sorpresa è arrivata dalle emissioni di una stella di neutroni nella Galassia Vortice, la più grande delle due.

La coppia di galassie chiamata M51 è formata dalla galassia nana M51b, conosciuta anche come NGC 5195, e dalla galassia a spirale M51a, conosciuta anche come NGC 5194 o come Galassia Vortice, le quali stanno interagendo in una fase iniziale di una fusione galattica, anche se la notevole differenza di dimensioni tra le due galassie probabilmente rende più appropriato dire che NGC 5194 divorerà la compagna più piccola. Il processo è estremamente lento e da chissà quanto tempo NGC 5195 finisce periodicamente in uno dei bracci della spirale della compagna più grande.

Questo processo è già stato oggetto di vari studi da parte di gruppi di astronomi, anche per gli effetti che ha sui due buchi neri supermassicci, con la conseguenza che le due galassie hanno altrettanti nuclei galattici attivi. Ad esempio un articolo pubblicato sulla rivista “Monthly Notices of the Royal Astronomical Society” nel luglio 2017 descriveva una sorta di indigestione fatta dal buco nero supermassiccio al centro della galassia nana M51b.

Le emissioni elettromagnetiche generate dal riscaldamento di polveri e gas che orbitano attorno ai buchi neri supermassicci sono davvero notevoli eppure è capitato che i raggi X a bassa energia rilevati da quelli di M51 siano inferiori a quelli che ci si aspetta. Secondo gli scienziati la quantità di polvere e gas attorno ad essi è tale da bloccare parte delle emissioni ma il telescopio spaziale NuSTAR, lanciato nel giugno 2012, è in grado di rilevare i raggi X ad alta energia che riescono a passare attraverso quegli strati.

L’immagine (NASA/JPL-Caltech, IPAC) mostra la coppia M51 a frequenze ottiche dalla Sloan Digital Sky Survey con la Galassia Vortice molto più grande della piccola compagna. In verde sono indicate le fonti di raggi X ad alta energia rilevate dal telescopio spaziale NuSTAR: quelle al centro delle due galassie sono generate dal riscaldamento di polveri e gas che orbitano attorno ai due buchi neri supermassicci ma ce ne sono altre, come la stella di neutroni le cui emissioni sono visibili sul bordo sinistro delle galassia Vortice.

Non c’è confronto tra le dimensioni di una stella di neutroni, che ha un diametro di circa una dozzina di chilometri per una massa che non può superare di molto il doppio di quella del Sole, e quelle di un buco nero supermassiccio: quello al centro della galassia nana M51b ha una massa stimata attorno ai 19 milioni di masse solari. Nonostante ciò, le stelle di neutroni possono emettere notevoli quantità di raggi X ad alta energia, le cosiddette fonti di raggi X ultraluminose (in inglese ultraluminous X-ray sources, ULXs), in questo caso paragonabili a quelle dei buchi neri supermassicci delle due galassie.

Murray Brightman del Caltech, primo autore di questa ricerca, ha manifestato sorpresa per questa scoperta dato che i processi di fusione galattica dovrebbero portare a una crescita dei buchi neri supermassicci e di conseguenza a un aumento della loro attività e delle loro emissioni. La spiegazione proposta è che quell’attività non sia costante bensì intermittente: su questo punto, Daniel Stern del JPL della NASA, uno scienziato della missione NuSTAR, ha commentato che l’idea era che quell’attività cambiasse nel corso di milioni di anni ma studi recenti indicano che i cambiamenti potrebbero avvenire in tempi molto più brevi.

In sostanza, questo studio è interessante per motivi diversi dato che include osservazioni dell’attività dei due buchi neri supermassicci di M51, parte delle ricerche sulla loro variabilità, e quelle di altre fonti di raggi X ultraluminose che potrebbero essere tutte stelle di neutroni. Sono tutti oggetti estremi che vengono studiati per vari motivi dato che la loro attività può avere notevoli effetti sulle aree circostanti o addirittura sull’intera galassia e permette di compiere verifiche di modelli cosmologici.

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