LO STUDIO SU NATURE

Hitomi ci svela Perseo

Il satellite destinato ad osservare il cielo nei raggi X Hitomi, lanciato dalla JAXA a febbraio scorso e andato distrutto dopo poco più di un mese, è riuscito a raccogliere dati sull’ammasso di Perseo in grado di cambiare drasticamente ciò che sappiamo sull’evoluzione delle galassie. A quanto pare un ruolo fondamentale lo gioca il plasma caldo che le circonda. Il commento di Luigi Piro dell'IAPS-INAF

Al centro dell’immagine, NGC 1275, la galassia più massiccia al centro dell’ammasso di Perseo. Crediti: NASA, ESA, NRAO e L. Frattare (STScI)

Al centro dell’immagine, NGC 1275, la galassia più massiccia al centro dell’ammasso di Perseo. Crediti: NASA, ESA, NRAO e L. Frattare (STScI)

Lanciato il 17 febbraio scorso dall’agenzia spaziale giapponese (JAXA), l’osservatorio alle alte energie Hitomi ha potuto raccogliere dati per poco più di un mese, ma nonostante questo breve lasso di tempo è riuscito ugualmente a regalarci informazioni preziose, che stanno già dando i primi frutti.

Uno studio pubblicato sull’ultimo numero della rivista Nature utilizza proprio i dati raccolti da Hitomi e rivela l’importanza dei buchi neri supermassicci e degli aloni di plasma ad essi circostanti per l’evoluzione delle galassie che li ospitano. «Riteniamo che i buchi neri al centro delle galassie siano in grado di regolare la crescita delle galassie in cui si trovano», dice Brian McNamara, ricercatore dell’Università di Waterloo e membro della collaborazione Hitomi.

Durante la sua breve vita, il satellite ha puntato due volte i suoi strumenti in direzione dell’ammasso di Perseo, il 25 febbraio e il 4 marzo scorsi, e i dati raccolti sono stati sufficienti per raccogliere informazioni preziose. L’ammasso raggruppa un centinaio di galassie legate tra loro gravitazionalmente, si trova a circa 240 milioni di anni luce da noi, e rappresenta una delle strutture più grandi che conosciamo nell’Universo. Al suo interno troviamo materia ordinaria (come quella di cui sono fatte stelle e galassie), materia oscura, e una ricca “nube” di plasma caldo, che arriva a temperature pari a decine di milioni di gradi. Già a partire dagli anni ‘60 sappiamo che le galassie presenti nell’ammasso contengono buchi neri supermassicci al loro centro, oggetti che arrivano a contenere miliardi di volte la massa del nostro Sole.

«Questi buchi neri di grossa taglia sono tra i generatori di energia più efficienti dell’Universo, anche cento volte più efficienti di un reattore nucleare», spiega McNamara. «La materia che cade verso il buco nero viene distrutta, rilasciando grandi quantità di energia, sotto forma di particelle energetiche e veloci, ed energia termica».

Il calore emesso da questi giganti galattici viene rilasciato a breve distanza dall’orizzonte degli eventi, il confine oltre il quale inizia la zona di non ritorno, ovvero quella da cui è impossibile sfuggire all’attrazione del mostro centrale. Una parte della materia viene assorbita dal buco nero, andando ad aggiungersi alla sua massa. L’energia rilasciata riscalda il gas circostante, creando bolle di plasma caldo che si muovono all’interno dell’ammasso.

Lo studio presentato dal team di Hitomi ha messo in luce il ruolo cruciale che ricopre il plasma caldo nell’evoluzione delle galassie. Una delle ricerche di frontiera per gli astronomi riguarda proprio la formazione della struttura dell’Universo, e come mai il gas non si trasformi tutto, o in gran parte, in stelle e galassie. La risposta sembra essere proprio nel plasma, che mantiene il gas a temperature troppo elevate, impedendogli di aggregarsi a formare stelle.

«Ogni volta che un po’ di materia cade nel buco nero, viene rilasciata una quantità enorme di energia», dice McNamara. «Si creano bolle di plasma, che mantengono il gas ad alte temperature, e questo impedisce alle galassie di diventare più grandi di quanto non siano oggi».

Un’immagine ai raggi X della galassia NGC 1257, al centro dell’ammasso di Perseo. Crediti: Università di Waterloo

Un’immagine ai raggi X della galassia NGC 1257, al centro dell’ammasso di Perseo. Crediti: Università di Waterloo

Questo tipo di plasma è invisibile all’occhio umano, ma grazie all’astronomia a raggi X è stato possibile identificarlo e studiarlo, e cominciare ad avere un quadro più completo di come sono fatti gli ammassi di galassie. Ad un telescopio che lavora nella banda visibile, l’ammasso di Perseo appare come un gruppo di galassie separate tra loro da uno spazio vuoto. Osservandolo ai raggi X, invece, le singole galassie risultano invisibili, e appare luminosissimo il plasma, addensato attorno alla galassia più massiccia, chiamata NGC 1275.

Il buco nero al centro di NGC 1275 contiene circa un millesimo della massa della sua galassia ospite, e occupa un volume molto più piccolo, ma sembra avere una grande influenza su come evolvono la galassia e il plasma che la circonda.

«È come se la galassia sapesse dell’esistenza di questo buco nero al suo centro», spiega McNamara. «Il buco nero si comporta come un termostato naturale, che impedisce alle galassie di crescere oltre un certo limite: se la galassia cerca di accrescere materia troppo in fretta, questa cade nel buco nero rilasciando enormi quantità di energia, che sua volta allontana la materia impedendo la formazione di nuove stelle».

L’orizzonte degli eventi del buco nero al centro di NGC 1275 ha dimensioni simili a quelle del nostro Sistema solare. Per capirci, è così piccolo rispetto alla sua galassia, che se paragoniamo quest’ultima al pianeta Terra, il buco nero diventa grande come un chicco d’uva. Eppure ciò che accade in quella piccolissima regione di spazio è in grado di influenzare in maniera significativa un volume molto maggiore.

Grazie all’effetto regolatore del buco nero, il gas che avrebbe potuto formare nuove stelle, rimane invece un plasma caldo, che Hitomi ha studiato con successo. Nonostante la sua breve attività, Hitomi è stato in grado di raccogliere dati che hanno permesso agli astronomi di rivedere il ruolo del plasma nell’evoluzione galattica, fornendo una misura estremamente precisa della velocità con cui questo gas caldo si muove all’interno dell’ammasso.

Il prossimo telescopio che opererà nella banda dei raggi X verrà lanciato non prima del 2028, quando è previsto il lancio di ATHENA, l’osservatorio spaziale alle alte energie dell’Agenzia Spaziale Europea.

Abbiamo chiesto un commento a Luigi Piro, ricercatore presso l’Istituto di Astrofisica e Planetologia Spaziali dell’INAF e membro del team scientifico di ATHENA: «Le osservazioni con il micro calorimetro criogenico di Hitomi sull’ammasso di galassie del Perseo sono straordinari. Ci mostrano che le galassie dell’ammasso sono immerse in un vento caldissimo, un plasma di temperature di milioni di gradi, di cui si è determinata per la prima volta la velocità con una precisione tale da essere sensibile alla velocità orbitale della terra intorno al sole. Tutto questo è reso possibile dalla nuova tecnologia dei micro calorimetri criogenici. La tristezza per la perdita di Hitomi è bilanciata dalla conferma dell’enorme potenziale di questa nuova tecnica osservativa nella esplorazione dell’Universo e le eccitanti prospettive che ci aspettano nel futuro con ATHENA, il grande osservatorio in raggi X dell’ESA, con forte partecipazione italiana. ATHENA, che avrà bordo strumenti 100 volte più potenti, permetterà di estendere questa nuova tecnica osservativa fino alla frontiera dell’Universo, alle epoca di formazione dei primi ammassi di galassie, delle prime stelle, dei primi buchi neri e dei primi metalli».

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