Un nuovo sguardo al potere dei buchi neri

Dati provenienti da un satellite a raggi X ormai perduto stanno fornendo nuove informazioni sul complesso braccio di ferro tra galassie, plasma caldo che le circonda e buchi neri giganti che si nascondono nei loro centri.

Lanciato dal Giappone il 17 febbraio 2016, il satellite Hitomi dell’agenzia spaziale giapponese (JAXA) ha funzionato per poco più di un mese prima che fosse perduto il contatto. Ma i dati ottenuti durante quelle poche settimane sono stati sufficienti a fornirci una nuova sorprendente rappresentazione delle forze dinamiche al lavoro all’interno delle galassie. La ricerca, pubblicata sulla rivista Nature, rivela dati che mostrano quanto siano importanti i buchi neri giganti nei centri galattici per l’evoluzione delle galassie nel loro complesso.

“Pensiamo che i buchi neri supermassicci si comportino come termostati”, ha dichiarato Brian McNamara, dell’University of Waterloo. “Regolano la crescita delle galassie”.

Durante la sua breve vita, il satellite Hitomi ha raccolto dati a raggi X dal nucleo dell’ammasso di Perseo, un immenso raggruppamento di centinaia di galassie legate gravitazionalmente. Situato a circa 240 milioni di anni luce dalla Terra, l’ammasso di Perseo è una delle più grandi strutture conosciute nell’Universo. L’ammasso comprende non solo la materia ordinaria che compone le galassie, ma un'”atmosfera” di plasma caldo con una temperatura di decine di milioni di gradi, nonché un alone di materia oscura. Studi precedenti, risalenti al 1960, hanno dimostrato che ciascuna delle galassie dell’ammasso, e in effetti la maggior parte delle galassie, probabilmente contiene un buco nero supermassiccio al centro, un oggetto da 100 milioni a più di dieci miliardi di volte più massiccio del Sole.

“Questi giganteschi buchi neri sono tra i generatori di energia più efficienti dell’Universo, cento volte più efficienti di un reattore nucleare”, ha detto McNamara. “La materia che cade nel buco nero viene fatta a pezzi, rilasciando grandi quantità di energia sotto forma di particelle ad alta velocità ed energia termica”. L’energia rilasciata riscalda il gas circostante, creando bolle di plasma caldo che si propagano attraverso l’ammasso, proprio come bollicine d’aria salgono da un bicchiere di champagne.

La ricerca mette in luce il ruolo cruciale che il plasma caldo gioca nell’evoluzione galattica. I ricercatori stanno ora affrontando una delle questioni più importanti nella formazione della struttura dell’Universo: perché la maggior parte del gas non si raffredda e va a formare stelle e galassie? La risposta sembra sia che le bolle create dall’energia proveniente dai buchi neri mantengano temperature troppo elevate perchè si formino simili strutture. “Ogni volta che un pò di gas cade nel buco nero rilascia una quantità enorme di energia”, ha detto McNamara. “Si creano queste bolle, e le bolle mantengono il plasma caldo. Questo è ciò che impedisce alle galassie di diventare ancora più grandi di quanto non lo siano oggi”.

Dal momento che il plasma è invisibile ai telescopi ottici, fino all’avvento dell’astronomia a raggi X il quadro completo non poteva emergere. Alla luce visibile, l’ammasso di Perseo contiene molte singole galassie, separate da uno spazio apparentemente vuoto. In una immagine a raggi X, tuttavia, le singole galassie sono invisibili, e il plasma, centrato sulla galassia più grande del cluster, nota come NGC 1275, domina la scena. Anche se il buco nero al centro di NGC 1275 ha solo un millesimo della massa della sua galassia ospite e un volume molto più piccolo, sembra che abbia una grande influenza su come la galassia e il plasma caldo circostante evolvano.

“È come un termostato naturale, che impedisce a queste galassie di crescere. Se la galassia cerca di crescere troppo in fretta, la materia cade nel buco nero, rilasciando una quantità enorme di energia, che travolge la materia e impedisce la formazione di nuove stelle”, ha detto McNamara.

McNamara rileva che l’attuale orizzonte degli eventi del buco nero ha circa la stessa dimensione del nostro Sistema Solare. “Quello che sta succedendo in questa piccola regione sta interessando un vasto volume di spazio”, ha detto. Grazie all’effetto regolatore del buco nero, il gas che avrebbe formato nuove stelle invece rimane plasma caldo. I dati da Hitomi sono sufficienti ad indurre gli astronomi a rivalutare il ruolo del plasma nell’evoluzione galattica, secondo McNamara. Le osservazioni forniscono ai ricercatori, per la prima volta, una misura diretta della velocità turbolenta del plasma caldo. “Questa misurazione ci dice come l’enorme energia sprigionata da buchi neri supermassicci regoli la crescita della galassia e del buco nero stesso”, ha concluso McNamara.

[ Barbara Bubbi ]

http://phys.org/news/2016-07-galaxy-shaping-power-black-holes.html

Credit: Data – Hubble Legacy Archive, ESA, NASA; Processing – Al Kelly