Gli astronomi sanno ormai da quasi trent’anni che al centro di ogni grande galassia si nasconde un enorme buco nero supermassiccio con una massa che può variare da milioni a miliardi di volte quella del Sole. Sebbene questi oggetti celesti siano spesso descritti come divoratori cosmici capaci di inghiottire tutto ciò che si trova nelle loro vicinanze, in realtà non tutta la materia che cade verso di loro finisce oltre l’orizzonte degli eventi. Una parte può essere infatti espulsa sotto forma di potenti venti. È proprio uno di questi deflussi ad aver stabilito un nuovo record osservativo.
Rappresentazione artistica di un quasar. Il punto nero al centro rappresenta il buco nero supermassiccio che alimenta la galassia attiva. La struttura a spirale rossa e gialla che lo circonda è il disco di gas caldo in caduta verso il buco nero. Una parte di questa materia è espulsa sotto forma di vento, mostrato in azzurro chiaro. Le dimensioni del disco sono paragonabili a quelle del Sistema solare. Crediti: Nasa/Cxc/M. Weiss, Nahks Tr’Ehnl, Nurten Filiz Ak
Studiando il quasar J2318, una galassia attiva situata nella costellazione di Pegaso, un team guidato da ricercatori della York University ha infatti individuato un vento che raggiunge i 90mila chilometri al secondo, pari al 30 per cento della velocità della luce: il più rapido deflusso di gas mai osservato alle lunghezze d’onda dell’ultravioletto.
Si tratta di una velocità da record, che gli autori hanno voluto sottolineare già nel titolo dello studio che riporta la scoperta, con un richiamo alla celebre saga cinematografica Fast & Furious: “A New Member of the Fast and Furious Family: A Relativistic and Time-variable UV Outflow in a Luminous Quasar”. Il risultato della ricerca, pubblicato la settimana scorsa su The Astrophysical Journal, fornisce nuovi indizi sul modo in cui i buchi neri supermassicci influenzano l’evoluzione delle galassie che li ospitano.
I quasar sono tra gli oggetti più luminosi dell’universo. La loro enorme emissione di radiazione nasce dal disco di accrescimento che circonda il buco nero, una struttura composta da gas surriscaldato che spiraleggia verso il centro dell’oggetto compatto. Proprio questa intensa radiazione può esercitare una pressione sufficiente a spingere parte del materiale in caduta verso l’esterno.
«Il quasar ospita un buco nero con una massa di circa 1,7 miliardi di volte quella del Sole, un valore del tutto normale per questi oggetti», dice uno dei coautori dello studio, Patrick Hall, della York University. «Ciò che non è normale è il gas che vediamo muoversi verso di noi: viaggia a una velocità pari al 30 per cento di quella della luce».
«Spesso osserviamo venti di materia emessi dal buco nero dalla luce del quasar», ricorda il primo autore dello studio. Lucas Seaton, della York University. «Alle lunghezze d’onda dei raggi X si osservano venti ancora più veloci di questo, ma J2318 è il più veloce mai scoperto alle lunghezze d’onda dell’ultravioletto».
Le osservazioni hanno mostrato, infatti, che il gas viene espulso a 90mila chilometri al secondo: una velocità che, come anticipato, ne fa il più rapido deflusso mai osservato nell’ultravioletto in prossimità di un buco nero supermassiccio.
Da anni gli studi mostrano come la radiazione prodotta dal disco di accrescimento di un buco nero supermassiccio possa spingere il gas verso l’esterno. A differenza dei venti terrestri, generati da differenze di pressione atmosferica, quelli dei quasar sono infatti alimentati direttamente dalla luce. I fotoni trasferiscono una piccolissima quantità di moto agli atomi del gas e, quando il numero di fotoni è enorme, come nel caso di un quasar, l’effetto complessivo può accelerare il gas a velocità impressionanti.
«I quasar emettono così tanti fotoni che questi piccoli impulsi si sommano fino a raggiungere velocità estreme», spiega a questo proposito Seaton. «Il problema è che i fotoni possono anche strappare tutti gli elettroni dagli atomi, rendendoli invisibili. Capire come il gas possa essere accelerato fino alle velocità che osserviamo mantenendo, allo stesso tempo, intatti gli ioni che rileviamo rappresenta ancora un enigma».
Il quasar J2318 è stato individuato grazie ai dati raccolti nell’ambito di due sottoprogrammi della Sloan Digital Sky Survey, uno dei più grandi programmi di mappatura astronomica mai realizzati: il Time-Domain Spectroscopic Survey della quarta campagna osservativa (Sdss-IV) e il Black Hole Mapper della quinta campagna osservativa (Sdss-V). A notare per prima le caratteristiche insolite della galassia attiva è stata Marianna Veltri, sll’epoca studentessa universitaria, oggi ricercatrice al Dipartimento di fisica e astronomia della York University. Analizzando più nel dettaglio gli spettri di luce, il team si è reso conto di avere di fronte qualcosa di eccezionale: il vento più veloce mai osservato nell’ultravioletto in prossimità di un buco nero supermassiccio. Osservazioni di follow-up con il telescopio Gemini North, alle Hawaii, hanno confermato la natura estrema del deflusso.
Oltre al record osservativo, il risultato dello studio offre nuovi indizi su uno dei processi più importanti dell’evoluzione galattica: il cosiddetto feedback dei nuclei galattici attivi, il processo attraverso il quale l’energia prodotta nelle regioni centrali delle galassie influenza l’ambiente circostante, regolando la formazione stellare e l’evoluzione stessa delle galassie.
«I deflussi estremi trasportano enormi quantità di energia e possono influenzare profondamente le galassie che li ospitano», dice a questo proposito Paola Rodríguez Hidalgo, ricercatrice all’Università di Washington Bothell, negli Usa, e coautrice della ricerca. «Questi venti potrebbero dunque rappresentare il collegamento tra il buco nero attivo al centro di una galassia e il resto della galassia stessa. Questo processo è incluso nelle simulazioni di formazione galattica da decenni, ma resta ancora molto da comprendere attraverso le osservazioni per verificare che i modelli lo descrivano correttamente».
I ricercatori intendono ora proseguire la caccia a fenomeni simili. Le ricerche di altri quasar con venti estremamente veloci sono infatti già in corso. Non sarà facile trovare nell’ultravioletto un deflusso più rapido di quello di J2318, concludono i ricercatori, ma continuiamo a cercare questi fenomeni, dall’universo vicino fino alle regioni più lontane che siamo in grado di osservare.
Per saperne di più:
- Leggi su The Astrophysical Journal l’articolo “A New Member of the Fast and Furious Family: A Relativistic and Time-variable UV Outflow in a Luminous Quasar” di Lucas M. Seaton, Patrick B. Hall, Liliana Flores, Paola Rodríguez Hidalgo, Marianna Veltri, Zezhou Zhu, Javier Serna, W. Niel Brandt, Scott Anderson, Roberto J. Assef, Eduardo Bañados, Catherine J. Grier, Yasaman Homayouni, Sean Morrison, C. Alenka Negrete, Amy L. Rankine, Jessie Runnoe, Donald P. Schneider, Yue Shen, Matthew Temple, Benny Trakhtenbrot, Jonathan R. Trump ed Erik Weiss
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