LO STUDIO È OGGI SU NATURE. FRA GLI AUTORI, GABRIELE PONTI DELL’INAF

Sterminata clessidra di gas caldo nella Via Lattea

Un’enorme struttura di gas caldo a forma di clessidra i cui lobi si dipartono dal centro della Via Lattea è stata individuata sopra e sotto il piano del disco galattico grazie alle immagini a raggi X scattate dal telescopio eRosita durante la sua prima scansione completa del cielo. Per gli scienziati che le hanno individuate, queste sterminate bolle sarebbero onde d’urto generate dall’attività energetica passata al centro della galassia

     09/12/2020
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Una gigantesca struttura a clessidra che attraversa il disco della Via Lattea cattura lo sguardo osservando la prima mappa completa del cielo realizzata dal telescopio a raggi X eRosita a bordo della missione spaziale russo tedesca Spectrum-Roentgen-Gamma (Sgr). I due lobi che la compongono sono stati ribattezzati dagli scienziati “bolle di eRosita” e mostrano una somiglianza molto marcata con le bolle di Fermi – gigantesche strutture della stessa forma osservate dal satellite Fermi una decina di anni fa. La spiegazione più convincente riguardo la natura di queste enormi strutture cosmiche è legata all’emissione di una massiccia dose di energia dal centro galattico in passato, quando l’attività del nucleo della Via Lattea era più intensa. Lo studio, che vede la partecipazione di ricercatori italiani e dell’Istituto nazionale di astrofisica, è stato pubblicato oggi su Nature.

Le bolle di eRosita. In questa mappa a falsi colori è evidenziata l’emissione estesa ad energie di 0.6-1.0 keV. Il contributo delle sorgenti puntiformi è stato rimosso e la scala è stata adattata per evidenziare le strutture su larga scala della nostra galassia. Crediti: Mpe/Iki

L’enorme struttura bilaterale emersa dall’immagine composita del cielo di eRosita è costituita, nella regione australe, di un lobo circolare sottostante il disco galattico e che occupa quasi tutto il cielo. Una struttura molto simile è presente anche nell’emisfero boreale, e la sua parte più brillante prende il nome di “sperone del Polo Nord”: osservando solo quest’ultima, gli scienziati avevano ipotizzato che fosse il retaggio di una passata esplosione di supernova. Le due strutture vengono per la prima volta considerate insieme in questo studio, come parte della medesima gigantesca bolla a clessidra che fuoriesce dal centro galattico.

«La grande area efficace nella banda dei raggi X “soffici” e il grande campo di vista hanno permesso a eRosita di scansionare in modo sufficientemente profondo tutto il cielo in meno di sei mesi, rivelando queste strutture che si estendono su una porzione significativa di esso», commenta Gabriele Ponti, ricercatore presso l’Inaf di Brera e coautore dello studio. Grazie alla sua elevata sensibilità, alla buona risoluzione spettrale e angolare e al ridotto background – o rumore di fondo – eRosita si conferma uno strumento unico per rilevare e studiare strutture diffuse.

Mappa completa del cielo di Srg/eRosita. In rosso sono rappresentate energie nel range 0.3-0.6 keV, in verde 0.6-1.0 keV, in blu 1.0-2.3 keV. L’immagine originale, con una risoluzione di circa 12″, è stata modificata per generare questa immagine. Crediti: Mpe/Iki

L’emissione a raggi X osservata da eRosita nella sua banda energetica intermedia (0.6-1.0 keV, ovvero circa mille volte quella dei fotoni della luce visibile), rivela la presenza di bolle giganti a vari livelli di intensità la cui dimensione intrinseca è grande quasi quanto l’intera Via Lattea, ovvero fino a 50mila anni luce di diametro. Queste “bolle di eRosita” mostrano una sorprendente somiglianza morfologica con le note “bolle di Fermi”, rivelate a energie molto superiori – nei raggi gamma – dall’omonimo telescopio spaziale.

«Sebbene i due sistemi siano ben distinti, le bolle osservate da Fermi si trovano innestate al centro di quelle osservate da eRosita, in una conformazione che le fa sembrare connesse», continua Ponti. «Al momento non è ancora chiaro però se le due strutture siano associate a due episodi di attività distinti del nucleo galattico, o se invece siano due manifestazioni diverse dello stesso fenomeno».

Ogni qualvolta si ha un’esplosione, ovvero un rilascio di energia su un tempo scala rapido, si creano shock che si propagano nel mezzo circostante. Un’esplosione nell’atmosfera terrestre, ad esempio, genera onde che si propagano e influenzano le condizioni della materia attorno a loro. Poiché le stesse leggi della fisica si applicano anche alle stelle, alla Via Lattea e all’universo, ci si aspetta in modo analogo che emissioni di energia al centro della Via Lattea creino shock nel materiale circumgalattico e lo possano scaldare ad altissime temperature – così alte che le onde elettromagnetiche emesse da questo materiale surriscaldato siano raggi X.

La scoperta delle bolle di eRosita costituisce un passo avanti importante verso la comprensione del ciclo cosmico della materia all’interno e attorno alla Via Lattea, così come in altre galassie. Oggi tutte le stelle e le galassie che riusciamo a vedere costituiscono appena il 10 per cento della massa complessiva di materia ordinaria (o barionica) nell’universo. Gli scienziati ritengono che una percentuale significativa della materia ordinaria a noi oggi ancora “invisibile” risieda in tenui aloni attorno alle galassie nei filamenti che le collegano nella rete cosmica. Questi aloni sono caldi, con temperature di milioni di gradi e che li rende visibili solamente alle frequenze di un telescopio a raggi X.

Vista schematica delle bolle di eRosita (giallo) e Fermi (viola). Il disco galattico è indicato con i suoi bracci a spirale e la posizione del Sistema Solare è segnata in rosso. Le bolle di eRosita sono considerevolmente più grandi delle bolle di Fermi, il che indica che queste strutture sono paragonabili per dimensioni all’intera galassia. Crediti: Mpe

Le bolle viste ora con eRosita tracciano una parte del gas caldo e dinamico attorno alla Via Lattea, i cui moti possono essere stati prodotti da un’intensa attività di formazione stellare oppure da getti emessi dal buco nero supermassiccio che risiede nella regione centrale della Galassia. Sebbene ora esso sia quiescente, può essere stato molto attivo in passato, in analogia ai nuclei galattici attivi (Agn) osservati nelle galassie lontane. In entrambi i casi, l’energia necessaria ad alimentare la formazione di queste bolle giganti è enorme, pari a quella prodotta da 100mila supernove, un valore simile alle stime calcolate per i getti emessi da altri Agn.

«Le cicatrici lasciate da questi getti impiegano molto tempo a guarire negli aloni», aggiunge Andrea Merloni, principal investigator di eRosita e ricercatore presso il Max Planck Institut für Extraterrestrische Physik. «Gli scienziati hanno cercato le impronte giganti di questa violenta attività passata in numerose galassie lontane». Le bolle di eRosita forniscono un forte supporto alle teorie circa le interazioni su larga scala fra il centro di una galassia e l’alone che la circonda – interazioni abbastanza energetiche da perturbare la struttura stessa, il contenuto energetico e la composizione chimica del mezzo circumgalattico.

eRosita sta ora effettuando la seconda scansione completa e più dettagliata del cielo X, consentendo lo studio accurato delle abbondanze e del grado di ionizzazione degli elementi chimici che compongono il materiale di queste bolle, della temperatura e della densità del gas che emette radiazione X nelle bolle, e infine di stimare la posizione e i moti delle onde d’urto.

«Mi riempie di gioia vedere che i primi risultati del progetto europeo “Hot Milk” sono ancora più interessanti di quel che speravamo», conclude Ponti, che è il responsabile scientifico di Hot Milk, finanziato lo scorso anno dall’Erc, il Consiglio europeo della ricerca. «La Comunità Europea ha creduto nell’importanza di questo progetto, ancora prima che eRosita fosse lanciato, e questi risultati non sono che l’inizio. Spero che nei prossimi anni riusciremo a comprendere in maniera ancora più approfondita come l’attività nel centro e nel disco di galassie che ora sono quiescenti, come la Via Lattea, possa scaldare il materiale circumgalattico, mantenere l’atmosfera galattica e produrre venti energetici».

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