Confronto tra i nuovi dati NirSpec (a sinistra) e i precedenti dati Sinfoni (a destra), che mostra come i nuovi dati del telescopio spaziale permettano di osservare dettagli prima del tutto invisibili. I vari pannelli mostrano l’emissione di gas ionizzato che si muove a diverse velocità rispetto alla nostra linea di vista, con il vento più veloce che si avvicina a noi in alto a sinistra, e quello che si allontana da noi in basso a destra. Crediti: Jwst, Sinfoni
Il quasar Xid2028 – a redshift z~1.59, ovvero distante circa 9.6 miliardi di anni luce da noi – è stato osservato dallo strumento NirSpec, a bordo del James Webb Space Telescope (Jwst), con un dettaglio senza precedenti. Scelto come uno dei primi oggetti a essere osservato dal telescopio spaziale – che si conferma all’altezza delle aspettative degli astrofisici – Xid2028 è anche un banco di prova per verificare i meccanismi di crollo del tasso di formazione stellare nelle galassie al di sopra una certa massa, ancora non del tutto chiari e al centro di un ampio dibattito tra gli scienziati.
L’osservazione diretta di flussi di gas (outflow) che fuoriescono ad alta velocità dalla galassia rafforza l’ipotesi di un contributo fondamentale da parte della cosiddetta attività di feedback dei nuclei galattici attivi (Agn), buchi neri supermassicci in fase di accrescimento al centro di alcune galassie. Lo conferma uno studio appena pubblicato su Astronomy & Astrophysics da un team di ricercatori guidati da Giovanni Cresci dell’Inaf di Arcetri.
L’azione retroattiva (appunto, feedback) dei quasar sotto forma di potenti venti di gas è ritenuto un meccanismo chiave per spegnere la formazione stellare nelle galassie, anche se le prove osservative dirette sono finora scarse e dibattute. Diversi modelli teorici hanno suggerito che questi venti massicci e veloci siano in grado di smorzare l’attività di formazione stellare nella galassia ospite rimuovendo e riscaldando il mezzo interstellare. Le nuove osservazioni svelano la complessa interazione tra il getto dell’Agn, il vento e il mezzo interstellare della galassia ospite, evidenziando il ruolo dei getti radio a bassa luminosità nel feedback del nucleo galattico attivo.
La galassia era stata osservata in precedenza da terra sia in banda ottica (con lo strumento Sinfoni al Vlt) che millimetrica (con Alma) e radio (Vla), ed era quindi già nota la presenza di un massiccio ed esteso outflow di gas nel nucleo nelle componenti ionizzate e molecolari.
In questo nuovo studio sono stati utilizzati invece i “cubi di dati” ricavati dalle prime osservazioni preliminari (Early Release Science) del Jwst effettuate dallo spettrometro NirSpec in modalità Ifu (Integral Field Unit), una tecnica che consente di ottenere uno spettro per ogni parte del campo di vista dello strumento, ovvero immagini a diverse lunghezze d’onda – o colori – che consentono di ricostruire punto per punto la distribuzione spettrale dell’energia su una determinata banda.
Grazie alla sensibilità e alla risoluzione spaziale senza precedenti del James Webb, è stato possibile osservare una ricchezza di strutture nella cinematica e nella morfologia del gas ionizzato che in precedenza erano rimaste nascoste. In particolare, è stata riscontrata la prova dell’interazione tra il mezzo interstellare della galassia e il getto radio del quasar, che produce una bolla in espansione da cui emerge il vento di gas che si spinge ad alta velocità (oltre 1500 km/s) fino a centomila anni luce dalla galassia.
La distribuzione nello spazio delle nubi di gas ionizzato nel quasar al alto redshift Xid2028. La cinematica del gas, osservata tramite Jwst/NirSpec, è riprodotta utilizzando una bolla in espansione, trascinata dal jet radio e dal vento emesso dal nucleo attivo, più un outflow collimato che fora la bolla. Crediti modello Moka3d: Marconcini et al.
Proprio per misurare le caratteristiche del gas ionizzato, è stato sviluppato un modello cinematico a tre dimensioni innovativo, chiamato Moka-3d, utilizzabile sia in galassie vicine che in galassie ad alto redshift, come appunto Xid2028.
«Il modello simula “cubi di dati”, analoghi a quelli prodotti da NirSpec o da altri strumenti, e genera milioni di nubi artificiali che vengono disposte nello spazio tridimensionale», spiega Cresci, primo autore dello studio. «L’accuratezza di questo modello, combinata alla sensibilità di NirSpec, fornisce una precisa stima della velocità e della struttura geometrica del vento osservato in Xid2028 e ci permette di ottenere una ricostruzione 3d dei venti di gas, non essendo più limitati ad una semplice proiezione 2d sul piano del cielo. Applicando il modello a Xid2028, siamo riusciti a confermare l’idea dei filamenti di gas ionizzato che vengono trascinati da una bolla in espansione, che, come mostrato nel video [in basso, ndr], viene perforata da un veloce getto di gas collimato».
I futuri insiemi di dati NirSpec saranno quindi fondamentali non solo per dare il primo sguardo al feedback degli Agn a redshift maggiore di quattro (z>4). Essi forniranno un importante salto di qualità in termini di risoluzione e sensibilità per ottenere una risposta più chiara riguardo al ruolo del feedback dei quasar sull’evoluzione delle galassie all’epoca del picco di attività degli Agn nell’universo, l’epoca d’oro per il feedback degli Agn.
«Inoltre NirSpec apre una nuova finestra sullo sviluppo di ulteriori studi dettagliati sul feedback ad alto redshift. Adesso ci resta da continuare a osservare per capire ancora meglio se questo sia un oggetto particolare o anche gli altri funzionino allo stesso modo», conclude Cresci.
Per saperne di più:
- Leggi su Astronomy & Astrophysics l’articolo “Bubbles and outflows: The novel JWST/NIRSpec view of the z = 1.59 obscured quasar XID2028”, di G. Cresci, G. Tozzi, M. Perna, M. Brusa, C. Marconcini, A. Marconi, S. Carniani, M. Brienza, M. Giroletti, F. Belfiore, M. Ginolfi, F. Mannucci, L. Ulivi, J. Scholtz, G. Venturi, S. Arribas, H. Übler, F. D’Eugenio, M. Mingozzi, B. Balmaverde, A. Capetti, E. Parlanti e T. Zana.
Guarda il video della ricostruzione delle nubi di gas ionizzato con Moka 3d: