Perché a un certo punto le galassie più giovani, quelle che osserviamo in un’epoca nella quale l’universo aveva circa un decimo della sua età attuale, hanno smesso di fare stelle? Se nel caso di noi esseri umani le ragioni dietro il recente crollo della natalità sono molteplici e in parte facili da intuire, nel caso di queste giovani galassie – entità assai meno complesse di noi – è un grande mistero. Si tratta infatti di galassie almeno inizialmente dense di gas freddo, la materia prima della formazione stellare. Una volta che il processo di collasso del gas, innescato dalla gravità, ha inizio, verrebbe dunque naturale pensare che possa andare avanti indisturbato fino a che c’è materia prima, sfornando stelle a ritmo serrato per miliardi di anni. E invece, come dicevamo, a redshift molto elevati – ovvero ai confini più remoti dello spazio e del tempo, in questo caso circa due miliardi di anni dopo il Big Bang – gli astronomi hanno individuato un numero inaspettatamente elevato di giovani galassie che hanno smesso di formare stelle in una fase precoce.
La risposta potrebbe celarsi nell’iperattività dei giovani quasar. Uno studio guidato da Weizhe Liu dell’Università dell’Arizona, basato sulle osservazioni condotte su 27 quasar con il telescopio spaziale James Webb e pubblicato la settimana scorsa su Nature, riporta infatti la scoperta di numerosi “venti galattici” eccezionalmente veloci e potenti che si sprigionano dai quasar appena un miliardo di anni dopo il Big Bang (oggi l’universo di anni ne ha 13,8). Venti che sembrerebbero avere un ruolo determinante nella “sterilizzazione” delle proprie galassie.
Rappresentazione artistica di una remota galassia con un quasar attivo al centro. I “venti del quasar” espellono ogni anno centinaia di masse solari di materia verso l’esterno, nel disco galattico. Ciò ha un impatto sull’intera galassia, poiché la materia esplusa si scontra con il gas e la polvere circostanti. Crediti: Nasa, Esa e J. Olmsted (Stsci)
Nel cuore d’ogni quasar, ricordiamo, alberga un buco nero supermassiccio. Ed è proprio questo buco nero il loro motore: attraendo verso di sé gas e polveri a ritmo forsennato, fa sì che nel disco che lo alimenta – il cosiddetto disco d’accrescimento – la materia sia sottoposta a un attrito tale da produrre una quantità d’energia immensa. Energia che viene dispersa nell’ambiente circostante attraverso molteplici canali. La radiazione elettromagnetica, certo. Ma anche i getti: flussi relativistici altamente collimati – confinati dai campi magnetici entro un angolo strettissimo – di plasma sparato perpendicolarmente al piano del disco a velocità prossime a quella della luce. O, appunto, i venti: emissioni più lente e molto meno collimate dei getti, ma dalla potenza d’urto devastante.
Non bisogna infatti farsi ingannare dal nome. Quando parliamo di venti emessi dai quasar, e in particolare di quelli più estremi (extreme outflows, li chiamano gli astronomi), non dobbiamo pensare alle pur potenti raffiche alle quali siamo abituati qui sulla Terra: quelli riportati nello studio su Nature – al quale hanno preso parte anche due ricercatori dell’Inaf, Silvia Belladitta e Roberto Decarli – viaggiano attorno ai trenta milioni di km/h. Per capirci: se un aquilone fosse in grado di reggere la loro mostruosa spinta, coprirebbe la tratta Roma-New York in meno d’un secondo.
Ebbene, sarebbero proprio questi venti i principali responsabili dell’alt precoce alla formazione stellare imposto alle giovani galassie primordiali. Già dalle simulazioni cosmologiche era emerso che, sferzando l’ambiente circostante come una fiamma ossidrica, i quasar finiscono per privare la propria galassia delle riserve di gas, bloccando di fatto il processo di formazione stellare. Fino a ora, tuttavia, mancavano prove sufficienti, poiché erano noti solo pochissimi esempi di quasar dell’età giusta. Prove che arrivano con il nuovo studio, dal quale emerge che i quasar con venti estremamente veloci erano almeno quattro volte più frequenti ai redshift più elevati – dunque in epoche più antiche – rispetto a quelli a redshift più bassi, e che la loro portata media di energia cinetica era circa cento volte superiore rispetto a quella dei quasar a redshift più basso.
I risultati offrono anche una possibile spiegazione del motivo per cui la formazione stellare possa avere termine in una fase così precoce dell’universo: le galassie primitive erano probabilmente più compatte – più dense di gas e più “agglomerate” – rispetto alle loro controparti a spirale odierne, più evolute. Secondo Liu, ciò ha importanti implicazioni per l’interazione tra una galassia e il suo buco nero supermassiccio.
«È molto più facile per un quasar interagire con il gas che lo circonda se il gas è più denso e distribuito tutt’attorno a sé, piuttosto che se è confinato in un disco sottile», spiega il ricercatore. Insieme al tasso di emissione più elevato tipico dei quasar in accrescimento estremamente veloce, la struttura stessa delle galassie avrebbe dunque reso ancora più facile, per un quasar, sbarazzarsi del gas presente nella propria galassia. «In breve, l’impatto dei buchi neri sulle loro galassie ospiti attraverso questo processo», conclude Liu, «sarebbe stato più efficace rispetto a quello che si avrebbe in una galassia più vecchia e più evoluta dell’universo più recente».
Per saperne di più:
- Leggi su Nature l’articolo “Extreme galaxy-scale outflows are frequent among luminous early quasars”, di Weizhe Liu, Xiaohui Fan, Huan Li, Richard Green, Jinyi Yang, Xiangyu Jin, Jianwei Lyu, Maria Pudoka, Yongda Zhu, Eduardo Bañados, Silvia Belladitta, Thomas Connor, Tiago Costa, Roberto Decarli, Anna-Christina Eilers, Hyunsung D. Jun, Madeline A. Marshall, Chiara Mazzucchelli, Jan-Torge Schindler, Yue Shen, Sylvain Veilleux, Julien Wolf, Huanian Zhang, Mingyang Zhuang, Siwei Zou e Mingyu