Un mostro si annida nel cuore di molte galassie – anche la nostra Via Lattea. Questo mostro possiede la massa di milioni o miliardi di Soli. L’immensa gravità lo avvolge in un oscuro bozzolo di spazio e tempo – un buco nero supermassiccio. Ma anche se nascosti nell’oscurità e difficili da osservare, i buchi neri possono brillare più luminosi di un’intera galassia. Quando si nutrono, questi mostri addormentati si risvegliano trasformandosi in un quasar – uno degli oggetti più luminosi dell’Universo. L’energia che un quasar irradia nello spazio è così potente che può interferire con la formazione delle stelle per migliaia di anni luce attraverso le galassie che lo ospitano. Ma una galassia sembra vincere una lotta contro il suo mostro ardente risvegliato e in un recente articolo pubblicato nel Diario AstrofisicoGli astronomi stanno cercando di determinare come questa galassia sopravvive.
Rivali Cosmici
Mentre la polvere e il gas interstellare vengono attirati verso un buco nero supermassiccio, si avvolgono a spirale verso l’interno formando un “disco di accrescimento”. Alla fine questo materiale cadrà attraverso l'”orizzonte degli eventi” – il confine tra il buco nero e il resto dell’Universo dove la materia e l’energia non possono più sfuggire. Il disco di accrescimento viene schiacciato dalla gravità del buco nero con conseguente incredibile attrito, calore ed energia. L’energia generata nel disco può eclissare l’intera galassia circostante.
Un quasar non compete solo con le stelle vicine per l’oggetto più luminoso, ma anche per la materia prima. Il buco nero sta letteralmente mangiando il carburante che altrimenti potrebbe essere usato per la futura formazione di stelle in una data galassia. Inoltre, la radiazione del quasar può riscaldare e far esplodere il gas nella sua galassia ospitante – un processo chiamato “blowout”. Il gas riscaldato e disperso non può più formare densi ciuffi freddi necessari per innescare la formazione delle stelle. La nostra attuale comprensione dell’evoluzione delle galassie è che una volta che un quasar si forma in una galassia, la formazione delle stelle giunge al termine – un passo verso l’inevitabile morte di quella galassia.
Un nuovo campione
Tuttavia, a 5,25 miliardi di anni luce dalla Terra risiede la galassia CQ4479. Al centro di CQ4479 c’è un buco nero supermassiccio di 24 milioni di masse solari. (Per confronto, il Sagittario A* (pronunciato “A – stella”), il buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea, è di 4,6 milioni di masse solari). Questo buco nero si sta alimentando attivamente ed è diventato un quasar. Il gas della galassia sta precipitando nel quasar ad una velocità di 0,3 masse solari (la massa del nostro Sole) all’anno, creando un disco di accrescimento ardente. Il quasar brilla con la luce di 200 miliardi di Soli. Ma, nonostante il quasar, CQ4479 continua a creare stelle… molte di esse.
Fuochi d’artificio nel cielo
CQ4479 è classificata come una galassia “starburst” che presenta tassi di formazione stellare incredibili – l’opposto di quanto ci si aspetta in una galassia con un quasar attivo. La nostra Via Lattea genera tra 1,5 a 3 masse solari di stelle ogni anno. CQ4479 crea 95! Si pensa che gli starburst siano il risultato di interazioni tra galassie. Quando due galassie si scontrano, i gas di ciascuna si fondono e possono innescare massicci periodi di starburst. Anche senza collidere, la reciproca gravità delle galassie in prossimità l’una dell’altra può agitare i gas interstellari che catalizzano gli starburst.
Il tasso di formazione stellare di CQ4479 sembra tenere il passo con la crescita del buco nero supermassiccio. C’è anche una grande quantità di materiale di formazione stellare che rimane in questa galassia. Classificato come “quasar freddo”, il quasar di CQ4479 coesiste con una galassia composta principalmente da gas interstellare freddo – circa il 50-70% della massa totale della galassia. Al ritmo attuale di formazione stellare, la galassia finirà i gas che formano le stelle in circa 500 milioni di anni, a meno che il quasar non spenga la formazione stellare della galassia.
Vedere il passato e il futuro di una galassia
Il periodo di formazione delle stelle del CQ4479 è già durato 200-500 milioni di anni. E data la massa del buco nero e il suo tasso di crescita, il quasar è stato attivo per almeno 50 milioni di quegli anni. Il quasar potrebbe quindi essere in fase di “estinzione” della formazione stellare. Se è così, CQ4479 fornisce una visione di uno stadio dell’evoluzione della galassia che non abbiamo studiato nei minimi dettagli – quel periodo in cui la formazione delle stelle rallenta in presenza di un quasar attivo. L’importanza di questa particolare scoperta del quasar freddo è che la formazione stellare non è immediatamente spento – un effetto forse annullato dalle galassie a starburst che combattono contro i loro stessi buchi neri. Questa ricerca produce anche la prima volta che un quasar è stato misurato direttamente rispetto alla sua crescita, al tasso di natalità delle stelle e alla quantità di gas freddo in relazione alla galassia ospite.
“Questo ci dimostra che la crescita dei buchi neri attivi non arresta istantaneamente la nascita delle stelle, il che va contro ogni previsione scientifica”.
Allison Kirkpatrick – assistente professore all’Università del Kansas e coautore
cinque volte più luminosa della nostra galassia. – NASA
Anche se distanti miliardi di anni luce, i quasar sono ancora talmente luminosi da oscurare la visibilità della galassia che li circonda. Le misurazioni del quasar nel CQ4479 utilizzate dal team di ricerca sono state effettuate con la NASA/Centro Aerospaziale tedesco SOFIA (Osservatorio Stratosferico per l’Astronomia Infrarossa) telescopio montato su aereo. Viaggiando a bordo di un aereo 747, il telescopio di 3 metri della SOFIA potrebbe districarsi tra la luce del quasar di CQ4479 e le stelle circostanti – l’unico telescopio al mondo (o sopra il mondo) in grado di farlo.
Il telescopio ha il vantaggio di poter osservare ad alta quota sopra gran parte dell’atmosfera terrestre come un telescopio spaziale, pur essendo in grado di tornare sulla Terra per il servizio e gli aggiornamenti. Il futuro telescopio spaziale James Webb vedrà l’Universo nella luce infrarossa proprio come fa ora SOFIA per scrutare nel cuore del CQ4479. Webb avrà quindi la capacità di studiare anche i quasar lontani e di seguire questa ricerca sull’evoluzione delle galassie e la relazione tra i quasar, i gas stellari e la formazione delle stelle.
Un gigante addormentato
Più vicino a casa, il nostro buco nero della Via Lattea, mostra prove di attività quasar anche negli ultimi milioni di anni. Conosciute come “Bolle di Fermi”, due enormi bolle di radiazioni gamma e raggi X emanano dal nucleo della nostra galassia che si estendono per 50.000 anni luce perpendicolarmente al piano galattico. Le bolle, che si irradiano verso l’esterno a quasi mille chilometri al secondo, possono essere il risultato del banchetto del nostro buco nero supermassiccio con una nube di gas interstellare di milioni di anni fa. Quel periodo è ormai finito, ma l’energia rilasciata viaggia ancora attraverso lo spazio ed è visibile ai nostri telescopi – un’eco del nostro stesso ululato di mostro svegliato.
– Centro di volo spaziale della NASA Goddard
Altro da esplorare
Pubblicazione originale della ricerca Morire della Luce: Un Quasar freddo in dissolvenza a raggi X a z ~ 0.405 – IOPscience Kevin C. Cooke et al 2020 (disponibile con le credenziali di accesso all’istituzione accademica)
Cos’è un Quasar? – Il video di Universo Oggi
Galassia che sopravvive alle forze del buco nero | wtsp.com
Galaxy sopravvive alla festa del buco nero – Per ora | NASA
Gli astronomi trovano la fonte delle enormi bolle di gas che fuoriescono dalla Via Lattea, ma non hanno ancora idea di cosa le abbia causate – L’Universo oggi