In un articolo pubblicato su ApJ Letters a fine dicembre, è stata confermata l’esistenza del primo sistema triplo di nuclei galattici attivi in fase di fusione. Si tratta del sistema catalogato come J1218/1219+1035, a circa 1,2 miliardi di anni luce dalla Terra. Le osservazioni ad alta risoluzione condotte con il Very Large Array (Vla) e il Very Long Baseline Array (Vlba) hanno infatti rivelato la presenza di nuclei radio compatti in ciascuna delle galassie interagenti, confermando che tutte e tre ospitano buchi neri supermassicci che si stanno attivamente alimentando.
Impressione artistica di un raro sistema di tre galassie in fusione, J121/1219+1035, che ospita tre buchi neri supermassicci attivi e radio-luminosi, i cui getti illuminano il gas circostante. Crediti: Nsf/Aui/Nsf Nrao/P. Vosteen
Le tre galassie del sistema J1218/1219+1035 sono state osservate in piena fase di fusione, con separazioni nucleari di circa 22mila e 97mila anni luce – pochissimo, se pensate che la Terra dista 26mila anni luce dal centro della nostra galassia – e formano un gruppo dinamicamente legato le cui strutture mareali testimoniano le intense interazioni reciproche. Sistemi tripli di questo tipo rappresentano una previsione tanto importante quanto rara dell’evoluzione gerarchica delle galassie, secondo la quale grandi galassie come la Via Lattea crescono nel tempo attraverso ripetuti scontri e fusioni con galassie più piccole. L’osservazione simultanea di tre buchi neri supermassicci in accrescimento all’interno dello stesso sistema in fusione offre un laboratorio ideale per studiare come le interazioni galattiche canalizzino il gas verso i nuclei e inneschino la crescita dei buchi neri.
Il sistema J1218/1219+1035 era stato inizialmente segnalato come insolito sulla base dei dati nel medio infrarosso del Wide-field Infrared Survey Explorer (Wise) della Nasa, che suggerivano la presenza di almeno due nuclei galattici attivi (Agn) oscurati in una coppia di galassie interagenti. La successiva spettroscopia ottica di follow-up ha confermato uno degli Agn e ha rivelato una firma “composita” in un’altra galassia, ma ha lasciato ambigua la reale natura della terza, la cui emissione avrebbe potuto essere attribuita alla formazione stellare o a fenomeni di shock.
Solo grazie alle nuove immagini radio ad altissima risoluzione – ottenute con il Vla a 3, 10 e 15 GHz – gli astronomi hanno individuato nuclei radio compatti perfettamente allineati con tutte e tre le galassie ottiche, dimostrando che ciascuna ospita un Agn radio-luminoso e probabilmente alimenta getti o flussi di materia in uscita su piccola scala.
Gli spettri radio dei tre nuclei mostrano caratteristiche compatibili con un’emissione di sincrotrone non termica proveniente da Agn, comprese due sorgenti con spettri tipicamente ripidi e una terza con uno spettro ancora più ripido, che potrebbe indicare un’attività di getto non risolta. Le osservazioni con il Vlba, pur non rilevando un nucleo compatto su scala di milliarcosecondi, hanno consentito di porre un limite inferiore alla temperatura di luminosità della galassia centrale superiore a quello atteso dalla sola formazione stellare, fornendo un’ulteriore conferma dell’origine Agn dell’emissione radio.
Nel loro insieme, queste misurazioni confermano che J1218/1219+1035 non è soltanto un sistema triplo di Agn, ma un oggetto radio del tutto eccezionale, in cui tutti e tre i buchi neri supermassicci sono attivi e visibili simultaneamente nel cielo radio.
Immagini ottiche e radio di J1218/J1219+1035. (A): Immagine DeCaLS grz del sistema interagente J1218+1035 NW/SE e J1219+1035. Le altre due galassie a nord di J1218+1035 NW e a nord-est di J1218+1035 SE si trovano a redshift più elevati e non sono associate a questo sistema. (B), (C) e (D): immagini Vla a 3, 10 e 15 GHz, rispettivamente, del sistema interagente. In ciascun pannello principale, J1218+1035 NW/SE e J1219+1035 sono contrassegnate da cerchi bianchi tratteggiati, tratteggiati-punteggiati e punteggiati, la banda è indicata nell’angolo in alto a sinistra e una barra di scala di 30″ è indicata nell’angolo in basso a sinistra. In ciascuno dei pannelli Vla, i riquadri nell’angolo in basso a destra mostrano il campo visivo di 10″ × 10″ centrato sul singolo Agn ed evidenziano meglio l’emissione radio associata a quei nuclei. Crediti: ApJ Letters/Schwartzman et al.
«Galassie triple attive come questa sono incredibilmente rare, e individuarne una nel mezzo di una fusione ci offre un posto in prima fila per osservare come le galassie massicce e i loro buchi neri crescono insieme», dice Emma Schwartzman dell’U.S. Naval Research Laboratory, responsabile dello studio. «Osservando che tutti e tre i buchi neri di questo sistema sono radio-luminosi e lanciano attivamente getti, abbiamo trasformato il triplo Agn radio da teoria a realtà e aperto una nuova finestra sul ciclo di vita dei buchi neri supermassicci».
Per caratterizzare J1218/1219+1035, il team ha utilizzato il Vla nella sua configurazione A ad altissima risoluzione, ottenendo immagini a risoluzione inferiore al secondo d’arco a più frequenze per isolare il nucleo radio di ciascuna galassia. Osservazioni complementari Vlba a 4,9 GHz hanno fornito vincoli su scala del milliarcosecondo sulla compattezza e la temperatura di luminosità della sorgente centrale. Sono in programma immagini nel vicino infrarosso e osservazioni ai raggi X per mappare con maggiore dettaglio le strutture mareali delle galassie e sondare l’emissione ad alta energia di ciascun Agn, costruendo così un quadro più completo di questo raro sistema triplo.
Con solo altri due sistemi tripli di Agn confermati noti a livello locale, ampliare il campione di questi oggetti è fondamentale per comprendere con quale frequenza i buchi neri multipli interagiscono e, alla fine, si fondono. La scoperta di J1218/1219+1035 evidenzia l’efficacia di combinare la selezione nell’infrarosso medio con immagini radio sensibili e ad altissima risoluzione per individuare sistemi Agn complessi, che potrebbero risultare nascosti o ambigui alle osservazioni ottiche e ai raggi X. I ricercatori suggeriscono che future indagini e follow-up mirati con strumenti come il Vla e il Vlba saranno essenziali per scoprire altri Agn tripli e tracciare il ruolo di queste triplette di buchi neri nella crescita e nell’evoluzione delle galassie nel corso del tempo cosmico.
Per saperne di più:
- Leggi su The Astrophysical Journal Letters l’articolo “The First Triple Radio Active Galactic Nucleus in an Ongoing Galaxy Merger” di Emma Schwartzman, Ryan W. Pfeifle, Tracy E. Clarke, Kimberly A. Weaver, Nathan J. Secrest, Barry Rothberg, Miranda McCarthy, Daniel Stern, Peter G. Boorman e Joanna Piotrowska