Buchi neri e formazione stellare

L’Ammasso della Fenice è un enorme raggruppamento di circa 1.000 galassie, localizzato a 5,7 miliardi di anni luce dalla Terra. Al suo centro si trova una galassia massiccia, che pare formi stelle al tasso poderoso di circa 1.000 all’anno. La maggior parte delle altre galassie nell’Universo sono molto meno produttive, sfornando solo poche stelle all’anno e la questione è comprendere cosa abbia alimentato la nascita stellare a livelli estremi rilevata nell’ammasso.

Ora scienziati del MIT, dell’University of Cambridge, e di altre istituzioni potrebbero avere una risposta. In uno studio pubblicato su Astrophysical Journal il team riporta l’osservazione di getti di gas caldo, a 10 milioni di gradi, espulsi dal buco nero centrale della galassia, capaci di soffiare vaste bolle nel plasma circostante. Questi getti normalmente agiscono inibendo la formazione stellare dal momento che spazzano via il gas freddo, il combustibile principale a disposizione della galassia per far nascere nuovi astri. Tuttavia i ricercatori hanno scoperto che i getti caldi e le bolle espulse dal centro dell’ammasso della Fenice possono anche avere l’effetto opposto di produrre gas freddo, che a sua volta piove sulla galassia, alimentando successivi episodi di formazione stellare.

Le nuove scoperte contribuiscono a spiegare l’eccezionale potenza dell’ammasso nel formare stelle, oltre a fornire nuovi indizi sul modo in cui i buchi neri supermassicci e le loro galassie ospiti interagiscono ed evolvono.

Il team ha analizzato osservazioni dell’ammasso della Fenice ottenute da ALMA, cercando nei dati segnali di monossido di carbonio, un gas marcatore della presenza di freddo idrogeno gassoso e creando in seguito una mappa di gas freddo vicino al centro dell’ammasso della Fenice. Il quadro complessivo è risultato sorprendente.

“Ci si aspettava di osservare un addensamento di gas freddo al centro, dove avviene la formazione stellare”, ha detto McDonald del Kavli Institute for Astrophysics and Space Research. “Ma abbiamo visto questi filamenti giganteschi di gas freddo che si estendono 20.000 anni luce dal buco nero centrale, al di là della galassia centrale stessa”. Il team aveva utilizzato in precedenza l’Osservatorio Chandra della NASA per mappare il gas caldo nell’ammasso, la presenza dei getti e delle gigantesche bolle nel gas.

Quando il team ha confrontato le due mappe del gas freddo e del gas caldo, ha scoperto una “perfetta corrispondenza spaziale”: i lunghi, freddi filamenti di gas sembravano sovrapporsi alle bolle di gas caldo.

I ricercatori ritengono pertanto che, quando i getti soffiano bolle di gas caldo a 10 milioni di gradi vicino al buco nero, si trascinano dietro una scia di gas più freddo, a un milione di gradi. Le bolle alla fine si staccano dai getti e fluttuano più lontano nell’ammasso di galassie, dove la scia gassosa di ogni bolla si raffredda, formando lunghi filamenti di gas estremamente freddo che condensano e piovono di nuovo sul buco nero come carburante per la formazione stellare.

Gli scienziati hanno stimato che ci sia abbastanza gas freddo vicino al centro dell’ammasso della Fenice per mantenere la produzione stellare ad un tasso elevato per un periodo di 30 o 40 milioni di anni. Questo meccanismo di feedback ipotizzato nello studio può rifornire il buco nero di una maggior quantità di gas freddo, permettendo allla formazione stellare nell’ammasso di continuare più a lungo.

Il team sospetta inoltre che la ragione per cui il buco nero è in grado di generare carburante per sé stesso possa avere a che fare con la sua dimensione. Se il buco nero è piuttosto piccolo può produrre getti troppo deboli per soffiare via completamente il gas freddo dall’ammasso. Il passo successivo è determinare la massa del buco nero e identificare nel cosmo altre fucine stellari estreme come questa.
[ Barbara Bubbi ]

https://phys.org/news/2017-02-astronomers-black-hole-cold-star-making.html

Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) H.Russell, et al.; NASA/ESA Hubble; NASA/CXC/MIT/M.McDonald et al.; B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

Nell’immagine potenti getti radio dal buco nero supermassiccio al centro di una galassia nell’Ammasso della Fenice soffiano enormi “bolle” nel gas caldo che circonda la galassia. Le cavità all’interno delle regioni blu sono state riprese dall’osservatorio Chandra. ALMA ha individuato il gas freddo, combustibile per la formazione stellare (in rosso). L’immagine di fondo è del telescopio Hubble.