DUE STUDI SUI GETTI AL CENTRO DELLE GALASSIE

Buchi neri giganti sotto la lente di ALMA

Utilizzando l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array due gruppi di ricercatori hanno osservato in dettaglio i getti provenienti dagli enormi buchi neri al centro di alcune galassie, analizzando come influenzano l'ambiente circostante. Si tratta di NGC 1433 e di un oggetto molto distante e attivo chiamato PKS 1830-211. Tra gli autori di uno studio anche Viviana Casasola dell'IRA-INAF e del Centro ALMA Regionale Italiano (ARC).

Due gruppi internazionali di astronomi hanno usato la potenza dell’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) per osservare in dettaglio i getti provenienti dagli enormi buchi neri al centro di alcune galassie e per analizzare come influenzano l’ambiente circostante. I due gruppi hanno ottenuto rispettivamente la migliore immagine del gas molecolare intorno a un buco nero quiescente relativamente vicino e un barlume inaspettato della base di un potente getto vicino a un buco nero distante.

Nel cuore di quasi tutte le galassie dell’Universo, inclusa la nostra Via Lattea, si trovano dei buchi neri supermassicci, con masse fino a qualche miliardo di volte la massa del sole. Nel passato remoto questi bizzarri oggetti erano molto attivi: inghiottivano quantità enormi di materia dall’ambiente circostante, brillavano con luminosità abbagliante, ed espellevano una minuscola parte di questa materia in getti estremamente potenti. Nell’Universo odierno, la maggior parte dei buchi neri supermassicci è molto meno attiva di quanto non lo fosse in gioventù, ma l’interazione tra i getti e l’ambiente circostante continua a influenzare l’evoluzione della galassia ospite.

La parte centrale della vicina galassia attiva NGC 1433. L'immagine di fondo, blu e debole, che mostra le fasce di polvere al centro della galassia, è stata ottenuta dal Telescopio Spaziale Hubble della NASA/ESA. Le strutture colorate vicino al centro provengono da recenti osservazioni con ALMA. (Crediti: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/NASA/ESA/F. Combes)

La parte centrale della vicina galassia attiva NGC 1433. L’immagine di fondo, blu e debole, che mostra le fasce di polvere al centro della galassia, è stata ottenuta dal Telescopio Spaziale Hubble della NASA/ESA. Le strutture colorate vicino al centro provengono da recenti osservazioni con ALMA. (Crediti: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/NASA/ESA/F. Combes)

I due nuovi studi, entrambi pubblicati oggi nella rivista, Astronomy & Astrophysics, hanno usato ALMA per sondare i getti dei buchi neri a scale diverse: un buco nero vicino e relativamente quiescente nella galassia NGC 1433 e un oggetto molto distante e attivo che si chiama PKS 1830-211.

Il buco nero supermassiccio al centro della galassia diventa molto luminoso quando fagocita del gas. Tale nucleo è chiamato Nucleo Galattico Attivo (AGN) e i meccanismi che regolano il processo di rifornimento di gas degli AGN sono – ad oggi – compresi solo parzialmente. Il gruppo di astronomi guidato da Françoise Combes dell’Osservatorio di Parigi e di cui fa parte Viviana Casasola, dell’Istituto di Radioastronomia e del Centro ALMA Regionale Italiano (ARC) di Bologna, e Leslie Hunt, dell’Osservatorio Astrofisico di Arcetri, ha “fotografato” il gas molecolare in prossimità del nucleo della galassia NGC 1433 alla straordinaria risoluzione spaziale di 24 pc, grazie al potente e rivoluzionario interferometro ALMA.

Veduta del gas molecolare nel centro di NGC 1433 ottenuta da ALMA. (Crediti: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/F. Combes )

Veduta del gas molecolare nel centro di NGC 1433 ottenuta da ALMA. (Crediti: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/F. Combes )

NGC 1433 è una galassia vicina, a soli 10 Mpc di distanza (1 pc corrisponde a circa 3 anni luce), a spirale, con una barra stellare che attraversa il suo centro e con delle strutture ad anello popolate di stelle che l’hanno resa nota con il nome de “Il Signore degli Anelli”. “La potenza di ALMA – ha detto Viviana Casasola – ha permesso di discriminare dettagli, finora irraggiungibili, nel comportamento del gas molecolare in regioni molto vicine al buco nero supermassiccio, teatro di uno dei fenomeni più energetici dell’universo”.

ALMA, osservando la regione di dimensioni di circa 1 kpc attorno al nucleo di NGC 1433, ha rivelato che il gas molecolare è distribuito lungo una struttura a spirale che si avvolge in una sorta di anello dal quale del gas cade verso l’AGN centrale, sotto l’azione della barra stellare che attraversa il nucleo della galassia. “Oltre ad avere rivelato del gas molecolare che si sposta verso il centro di NGC 1433, ALMA ha anche permesso di scoprire un flusso di gas che compie il percorso inverso, cioè spinto lontano dal nucleo, per azione dell’AGN ed intrappolato nei getti dell’AGN stesso, osservabili a lunghezze d’onda radio. Tale scoperta conferma l’idea secondo la quale l’attività dell’AGN è in grado di rimuovere del gas, anche solo temporaneamente, dal centro della galassia e sospendere il processo di formazione stellare attivo in questa regione ed alimentato proprio dal gas molecolare”, ha aggiunto la ricercatrice del nodo italiano di ALMA.

La scoperta di questo flusso in uscita, che è trascinato dal getto del buco nero centrale, mostra che questi getti possano bloccare la formazione stellare e regolare la crescita del cuore delle galassie .

Questa immagine dal Telescopio Spaziale Hubble della NASA/ESA mostra la galassia attiva distante PKS 1830-211, difficile da identificare tra la vere stelle, molto più vicine. Recenti osservazioni con ALMA mostrano entrambe le componenti di questa lontana lente gravitazionale e sono segnate in rosso in questa immagine composita. (Crediti: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/NASA/ESA/I. Martí-Vidal)

Questa immagine dal Telescopio Spaziale Hubble della NASA/ESA mostra la galassia attiva distante PKS 1830-211, difficile da identificare tra la vere stelle, molto più vicine. Recenti osservazioni con ALMA mostrano entrambe le componenti di questa lontana lente gravitazionale e sono segnate in rosso in questa immagine composita. (Crediti: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/NASA/ESA/I. Martí-Vidal)

Ivan Martí-Vidal (Chalmers University of Technology, Onsala Space Observatory, Onsala, Sweden) e il suo gruppo di ricerca hanno osservato, invece, un altro buco nero supermassiccio, situato in PKS 1830-211, nell’universo giovane: anche questo buco nero ha un getto, ma è molto più luminoso e molto più attivo. È insolito perché la sua luce brillante attraversa una galassia massiccia che si interpone sul suo cammino verso la Terra e, per effetto della lente gravitazionale, viene divisa in due immagini diverse.

Di quando in quando, buchi neri supermassicci inghiottiscono di colpo enormi quantità di materia, che aumenta la potenza del getto e porta la radiazione ad energie altissime. ALMA ha catturato per caso uno di questi eventi in azione in PKS 1830-211.

“L’osservazione fatta con ALMA di questo caso di indigestione di buco nero è stata completamente casuale. Stavamo osservando PKS 1830-211 per un’altra ragione, quando abbiamo notato un leggero cambiamento del colore e dell’intensità nelle immagini della lente gravitazionale. Un’analisi dettagliata di questo comportamento inaspettato ci ha portato alla conclusione che, per pura fortuna, stavamo osservando nel momento esatto in cui della nuova materia stava entrando alla base del getto del buco nero”, ha commentato Sebastien Muller, co-autore del secondo articolo.

Il gruppo di ricerca ha anche voluto verificare se questo violento evento fosse stato rilevato anche da altri telescopi e sono stati sorpresi di scoprire un chiaro segnale nei raggi gamma, misurato grazie alle osservazioni fatte con il satellite Fermi-LAT. Il processo che ha causato l’aumento di radiazione alle lunghe lunghezze d’onda di ALMA è anche responsabile di un drammatico aumento dell’energia della luce nel getto.

“È la prima volta che è stata stabilita una connessione così chiara tra i raggi gamma e le onde submillimetriche e radio dimostrandone la provenienza dalla base del getto del buco nero”, ha aggiunto Sebastien Muller.

Le due nuove osservazioni sono solo l’inizio delle investigazioni di ALMA delle strutture dei getti da buchi neri supermassicci vicini e lontani. Il gruppo di Combes sta già studiando altre galassie attive vicine con ALMA e ci si aspetta che lo straordinario oggetto PKS 1830-211 sarà al centro di molte ricerche future, sia con ALMA che con altri telescopi.

“C’è ancora molto da imparare su come i buchi neri producano questi giganteschi getti energetici di materia e radiazione”, ha concluso Ivan Martí-Vidal. “ Ma i nuovi risultati, ottenuti ancora prima che ALMA fosse completata, mostrano che è uno strumento dal potere straordinario per sondare questi getti. Ed è solo l’inizio delle scoperte!”.

Per sapere di più:

Guarda l’intervista a Viviana Casasola su INAF-TV: