Rilasci esplosivi di energia osservati da buchi neri supermassicci

Il centro dell'ammasso galattico di Perseo (Immagine NASA/CXC/IoA/A.Fabian et al.)
Il centro dell’ammasso galattico di Perseo (Immagine NASA/CXC/IoA/A.Fabian et al.)

Un articolo pubblicato sulla rivista “Monthly Notices of the Royal Astronomical Society” riporta i risultati dello studio di deflussi di gas molecolare in dodici galassie massicce al centro di ammassi galattici. Un team di ricercatori ha analizzato dati raccolti con il radiotelescopio ALMA per compiere questo studio trovando che i nuclei galattici attivi delle galassie osservate provocano periodici rilasci di energia in esplosioni di radiazioni o come getti di particelle che si muovono a velocità vicine a quelle della luce. I rilasci di energia provocano deflussi di gas che può essere spinto anche oltre i confini della galassia. Questo meccanismo limita l’avvicinamento del gas al buco nero supermassiccio centrale, diminuendo l’attività esplosiva in quello che viene chiamato feedback. I ricercatori stanno studiando soprattutto le conseguenze sulla formazione stellare e la possibilità che una galassia diventi quiescente.

Da anni sappiamo che è normale che le galassie abbiano un buco nero supermassiccio al loro centro e che se esso è circondato da grandi quantità di gas e polveri si tratta di un nucleo galattico attivo. In questo caso, il buco nero può scaldare quei materiali al punto che esso emettono notevoli quantità di radiazioni elettromagnetiche. Uno degli argomenti di studio degli ultimi anni è il rapporto tra buchi neri supermassicci, in particolare nei casi di nuclei galattici attivi, e la formazione stellare all’interno delle galassie che li ospitano per cercare di capire quali condizioni favoriscano la nascita di nuove stelle e quali la inibiscano.

Questa nuova ricerca ha avuto come obiettivi dodici galassie massicce con nuclei galattici attivi al centro di ammassi galattici osservare con il radiotelescopio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), inaugurato nel marzo 2013. Quando grandi quantità di gas e polveri circondano il buco nero centrale, oltre a formare un disco molto luminoso in quello che generalmente è un oggetto del tipo chiamato quasar, ci sono momenti in cui parecchi di quei materiali vengono inghiottiti causando il rilascio esplosivo di energia. Ciò spinge il gas verso l’esterno, in certi casi perfino fuori dalla galassia, limitandone la quantità disponibile per la formazione stellare. Questo meccanismo chiamato feedback del nucleo galattico attivo è auto-limitante perché impedisce ad altri materiali di essere inghiottiti finché la spinta dell’attività esplosiva non si esaurisce. A quel punto, la gravità della galassia può attrarre il gas uscito nel deflusso, ricominciando il ciclo.

Il radiotelescopio ALMA ha la sensibilità necessaria a indagare sul feedback del nucleo galattico attivo, in particolare tracciando le strutture composte da gas di monossido di carbonio. La maggior parte delle galassie studiate contiene strutture sotto forma di filamenti che apparentemente si formano quando le bolle calde del gas che si sta muovendo verso l’esterno si raffredda. Quei deflussi alla fine si fermano e ritornano nella galassia.

Secondo i ricercatori ci potrebbe essere una tendenza che connette la massa del gas molecolare in modo diretto attorno al nucleo galattico attivo e alla potenza dei getti da esso emessi. Sono i primi a esprimere prudenza riguardo a quella possibile tendenza a causa dei margini di incertezza nelle misurazioni e al campione ridotto di galassie esaminate.

Osservazioni con una risoluzione spaziale più elevata con ALMA sono necessarie per esaminare le strutture attorno ai nuclei galattici e verificare se quella tendenza esista davvero. Si tratta di studi complessi, il motivo per cui ci sono già state parecchie ricerche sull’argomento ma senza risposte certe. Osservazioni continuano a essere condotte e andranno avanti anche con altri strumenti che entreranno in servizio nei prossimi anni per capire quando un buco nero supermassiccio favorisca la formazione stellare e quando invece la inibisca, a volte al punto da rendere la galassia quiescente, lo stato precedente alla sua morte.

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