I buchi neri supermassicci e la morte delle galassie

In un punto lontano nel tempo e nello spazio, un buco nero supermassiccio al centro di una galassia divora enormi quantità di materia riscaldandola ed emettendo potenti getti di plasma. Questo oggetto mostruoso, denominato MG J0414 + 0534, lontano 11 miliardi di anni luce, è stato osservato grazie a un fenomeno noto come “lente gravitazionale“.
Lungo la linea visuale degli astronomi che hanno catturato il fenomeno è posta una galassia massiccia che distorce il percorso della luce dietro di essa creando quattro immagini di MG J0414 + 0534, l’effetto è chiamato croce di Einstein.
L’effeto croce di Einstein viene spiegato dall’astronomo giapponese Takeo Minezaki dell’università di Tokyo in Giappone: “Questa distorsione funziona come un telescopio naturale e ci consente una visione dettagliata di oggetti distanti“. Il fenomeno può essere sfruttato per visualizzare oggetti lontani, e il loro studio può aiutarci a capire come le prime galassie si sono evolute nell’universo primitivo.
In quasi tutte le galassie osservate è presente un buco nero supermassiccio, il tipo più grande di buco nero che, con milioni o miliardi di masse solari, possiede una densità media, cioè il rapporto tra la sua massa e il volume racchiuso entro l’orizzonte degli eventi, pari o minore della densità dell’acqua, questo perché la densità di un buco nero è inversamente proporzionale al quadrato della sua massa: essa cala progressivamente all’aumentare delle sue dimensioni; quindi i buchi neri supermassicci hanno densità più basse dei buchi neri stellari.
Sono stati ipotizzati diversi modelli di formazione di buchi neri super massicci. Il primo prevede l’accrezione lenta e graduale di materia a partire da un buco nero di grandezza stellare, il secondo la formazione di una stella relativistica di dimensioni pari a centinaia o migliaia di masse solari, questo astro diventerebbe ben resto instabile e potrebbe collassare in un oggetto supermassiccio senza diventare una supernova. Il terzo considera un denso ammasso stellare che va incontro a collasso perché la capacità termica negativa del sistema porta la dispersione delle velocità verso valori relativistici. Un quarto modello prende in considerazione l’evoluzione di un buco nero primordiale prodottosi a causa della pressione estrema nei primi istanti dopo il Big Bang.
Tutti i buchi neri, e in particolare i buchi neri supermassicci, sono così densi che la loro forza gravitazionale crea un confine chiamato orizzonte degli eventi, un punto oltre il quale nemmeno la luce può sfuggire all’intensa attrazione gravitazione. Per questo motivo l’oggetto è chiamato “buco nero“, non possiamo vederlo direttamente perché esso non emette radiazioni. Tuttavia possiamo osservare la regione al di fuori di questa linea di confine, una regione di spazio con condizioni estreme come quelle presenti nei nuclei galattici molto lontani nello spazio e quindi anche nel tempo. I Quasar sono nuclei galattici estremamente attivi con un buco nero massiccio al centro.
Questo oggetto emette una luce intensa attraverso tutto lo spettro elettromagnetico mentre il disco di accrescimento del materiale che vortica intorno al buco nero genera luce intensa e calore a causa dell’attrito. I quasar sono tra gli oggetti più luminosi dell’universo grazie alla loro potente emissione di getti di materia accelerata fino a raggiungere velocità relativistiche.
Questi getti non vengono emessi dall’interno del buco nero ma dal bordo interno del disco di accrescimento, lungo le linee del campo magnetico poste all’esterno dell’orizzonte degli eventi e incanalati verso i poli, da dove vengono espulsi a velocità prossime alla velocità della luce. Questi getti possono spazzare le nubi di polvere interstellare interrompendo la formazione stellare. Le galassie più vecchie muoiono per mancanza di stelle e gli astronomi pensano che uno dei meccanismi responsabili siano proprio questi getti accelerati di materia.
Anche MG J0414 + 0534 mostra getti dai poli e gli scienziati combinando le quattro immagini create dalla lente gravitazionale e sottraendo gli effetti gravitazionali della galassia di fronte, hanno ricreato l’immagine di questi getti.
“Combinando questo telescopio cosmico e le osservazioni ad alta risoluzione di ALMA, abbiamo ottenuto una visione eccezionalmente nitida, che è 9000 volte migliore della vista umana“, ha affermato l’astronomo Kouichiro Nakanishi dell’Osservatorio astronomico nazionale del Giappone / SOKENDAI. “Con questa risoluzione estremamente elevata, siamo stati in grado di ottenere la visualizzazione della distribuzione e il movimento delle nuvole gassose attorno ai getti espulsi da un buco nero supermassiccio“.
I getti del buco nero spazzano i gas e le polveri del mezzo interstellare, riscaldandoli. Da questa mappa di calore, i ricercatori sono stati in grado di calcolare che le nuvole di gas si muovevano a velocità fino a 600 chilometri al secondo.
Inoltre, sia le nuvole di gas che i getti erano relativamente piccoli per una galassia di questo tipo, indicando che stiamo osservando una fase molto precoce nella formazione del getto non più vecchia di alcune decine di migliaia di anni e questo potrebbe essere molto importante per capire come le galassie si estinguono.
“MG J0414 + 0534 è un esempio eccellente grazie alla giovinezza dei getti“, ha detto l’astronomo Kaiki Inoue dell’Università Kindai in Giappone. “Abbiamo trovato prove rivelatrici di una significativa interazione tra getti e nuvole gassose anche nella primissima fase evolutiva dei getti. Penso che la nostra scoperta aprirà la strada a una migliore comprensione del processo evolutivo delle galassie nell’universo primordiale“.
Fonte: Science Alert