VENTI DI MATERIA AL CENTRO DELLE GALASSIE

Là dove osano i buchi neri

Ecco l’identikit dei cosiddetti “warm absorbers”, gli strati di plasma ionizzato più remoti fra quelli emessi, nelle galassie a nucleo attivo, dal buco nero centrale. A tracciarlo, un giovane astrofisico marchigiano di stanza alla NASA, Francesco Tombesi.

Rappresentazione artistica di un buco nero circondato dal suo disco d’accrescimento e avvolto dai venti di gas ionizzato. Nel riquadro superiore, un’illustrazione schematica della stratificazione del vento emesso dal disco di accrescimento, dagli strati più vicini al buco nero (BH) centrale, gli ultra-fast outflows (UFO), a quelli più lontani, i warm absorbers (WA). Nel riquadro inferiore, i dati raccolti dai telescopi X e utilizzati nello studio: i punti blu in alto a sinistra, ad alta ionizzazione e piccola distanza dal buco nero, corrispondono agli UFO; i punti verdi in basso a destra, a bassa ionizzazione e grande distanza dal buco nero, corrispondono ai WA. In verde gli assorbitori a ionizzazione intermedia.

Rappresentazione artistica di un buco nero circondato dal suo disco d’accrescimento e avvolto nei venti di gas ionizzato. Nel riquadro superiore, un’illustrazione schematica della stratificazione del vento emesso dal disco di accrescimento, dagli strati più vicini al buco nero (BH) centrale, gli ultra-fast outflows (UFO), a quelli più lontani, i warm absorbers (WA). Nel riquadro inferiore, i dati raccolti dai telescopi X e utilizzati nello studio: i punti blu in alto a sinistra, ad alta ionizzazione e piccola distanza dal buco nero, corrispondono agli UFO; i punti rossi in basso a destra, a bassa ionizzazione e grande distanza dal buco nero, corrispondono ai WA. In verde gli assorbitori a ionizzazione intermedia.

Cosa c’è di più semplice d’un buco nero? È un oggetto talmente uniforme che descriverlo dovrebbe essere una passeggiata. Ma se il buco nero in questione è uno di quelli supermassicci, cuore e motore della galassia che lo ospita, la faccenda si fa assai più complessa. Le sue interazioni con l’ambiente circostante – o meglio, di cui si circonda – sono infatti talmente intricate da portare a un vero e proprio ecosistema. Un ecosistema del quale Francesco Tombesi, ricercatore alla NASA, e il team internazionale da lui guidato – nel quale figurano anche due ricercatori dell’INAF: Massimo Cappi dello IASF Bologna e Valentina Braito dell’Osservatorio astronomico di Brera – stanno poco a poco svelando alcuni meccanismi rimasti a lungo oscuri. L’anno scorso toccò agli UFO, acronimo per ultra-fast outflows, dei quali abbiamo reso conto qui su Media INAF. Oggi, con un articolo uscito su Monthly Notices, è il turno dei warm absorbers, strati di gas ionizzato presenti fin nelle regioni più periferiche della galassia ospitante.

Ciò che Tombesi e colleghi hanno scoperto è che ultra-fast outflows e warm absorbers, per quanto in apparenza diversissimi e distanti fra loro migliaia di anni luce, sono manifestazioni di uno stesso fenomeno: il vento di materia proveniente dal buco nero centrale. Vento sul quale lo stesso buco nero esercita la propria influenza lungo un intervallo spaziale estremamente ampio: fino a otto ordini di grandezza, infatti, separano la distanza – rispetto al buco nero – dei vicinissimi ultra-fast outflows e dei remoti warm absorbers. «È un po’ come dire che il battito d’ali di una farfalla è in grado di provocare un uragano dall’altra parte del mondo», dice Tombesi. Solo che qui il “mondo” è grande quanto un’intera galassia.

L’esistenza dei warm absorbers, che potremmo tradurre come “assorbitori tiepidi” (il nome è dovuto a ciò che di essi gli scienziati riescono a osservare, ovvero le righe d’assorbimento), è nota da tempo agli astrofisici delle alte energie. Rispetto agli ultra-fast outflows, componenti altamente ionizzate con velocità prossime a un terzo di quella della luce, i warm absorbers sono decisamente più moderati: pur essendo anch’essi costituiti da plasma, la loro velocità è nell’ordine di qualche centinaio di km al secondo, e anche quanto a temperatura e livello di ionizzazione i valori in gioco sono assai meno estremi. Fino a oggi, però, nessuno aveva un’idea chiara della loro natura e della loro dinamica. Per sollevare il velo d’incertezza che li avvolgeva, Tombesi e il team da lui guidato hanno preso in esame lo stesso campione di AGN (galassie a nucleo attivo) che aveva loro permesso d’identificare gli UFO, e ne hanno incrociato le caratteristiche con i dati raccolti dagli strumenti a più alta risoluzione energetica fra quelli a bordo dei telescopi spaziali XMM-Newton e Chandra.

«Così facendo, siamo riusciti per la prima volta a unificare i diversi assorbitori, osservati negli spettri X di vari AGN, come parte dello stesso vento su larga scala osservato a diverse distanze lungo la linea di vista, dalle immediate vicinanze del buco nero supermassiccio centrale fino ai bordi della galassia ospite, a distanze dell’ordine delle migliaia di parsec», spiega Tombesi. «Abbiamo inoltre avuto la conferma che questi venti, e in particolare gli UFO, sono in effetti così potenti da poter esercitare un effetto di feedback sulle galassie che li ospitano. E, quindi, d’influenzarne l’evoluzione».

Per saperne di più:

Guarda su INAF-TV l’intervista a Francesco Tombesi: