Un buco nero supermassiccio sta eruttando radiazioni

Un team di ricercatori ha utilizzato le osservazioni del Green Bank Telescope (GBT) per scoprire di più su un buco nero supermassiccio che emette misteriosamente bolle di radiazioni

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Un buco nero supermassiccio sta eruttando radiazioni
Un buco nero supermassiccio sta eruttando radiazioni

Un team di ricercatori ha utilizzato le osservazioni del Green Bank Telescope (GBT) per scoprire di più su un buco nero supermassiccio che emette misteriosamente bolle di radiazioni.

I buchi neri supermassicci solitamente si trovano nel cuore di ammassi di galassie. Le atmosfere di questi ammassi di galassie sono piene di plasma caldo che può superare temperature di 50 milioni di gradi Celsius. Per lunghi periodi di tempo, queste temperature si raffreddano relativamente, il che consente la formazione di nuove stelle.

In alcune circostanze, però, un buco nero supermassiccio può riscaldare nuovamente il gas che lo circonda emettendo violente esplosioni dal suo centro. Questo processo, chiamato feedback, può impedire il raffreddamento dell’atmosfera e la successiva formazione di una stella.

Perché gli scienziati studiano il feedback del buco nero?

I getti di radiazione che fanno parte del feedback di un buco nero supermassiccio possono ritagliarsi grandi cavità all’interno del plasma caldo degli ammassi di galassie. Man mano che il gas si allontana dal centro dell’ammasso, viene sostituito da grandi bolle che possono emettere radiazioni.

La visualizzazione di tali grandi volumi di gas richiede enormi quantità di energia. Tuttavia, gli scienziati non hanno ancora scoperto la fonte di questa energia e, studiando ciò che rimane in queste cavità, gli astronomi sperano di scoprire come si formano.

Che cos’hanno scoperto i ricercatori?

La collaborazione internazionale di ricercatori provenienti da istituti in Italia, Germania, Russia, Canada e Stati Uniti ha utilizzato il ricevitore MUSTANG-2 sul Green Bank Telescope situato in West Virginia per riprendere l’ammasso di galassie MS0735 costellazione Camelopardalis, situato a 2,6 miliardi di anni luce di distanza da noi.



Durante la loro osservazione, i ricercatori hanno utilizzato l’effetto Sunyaev-Zeldovich (SZ), che esamina la sottile distorsione nella radiazione del fondo cosmico a microonde (CMB) dovuta alla diffusione da parte di elettroni caldi nel gas di un ammasso di galassie. La CMB è stata emessa 380.000 anni dopo il Big Bang. Il segnale dell’effetto SZ osservato dai ricevitori MUSTANG-2 sul telescopio GBT misura principalmente la pressione termica.

Osservazione effettuata da Chandra X ray Observatory a sinistra e Green Bank Telescope a destra
Osservazione effettuata da Chandra X ray Observatory a sinistra e Green Bank Telescope a destra

“Con la potenza di MUSTANG-2, siamo in grado di vedere all’interno di queste cavità e iniziare a determinare con precisione di cosa sono composte e perché non collassano sotto pressione”, ha affermato Tony Mroczkowski, astronomo dell’European Southern Observatory.

Le immagini ottenute dalla collaborazione sono le immagini SZ più profonde dello stato termodinamico delle cavità in un ammasso di galassie. Queste nuove immagini supportano le scoperte precedenti secondo cui almeno una parte della pressione nelle cavità proviene,  in misura limitata, da fonti non termiche come raggi cosmici, turbolenza e campo magnetico.

Tuttavia, il team di ricerca ha anche scoperto che il supporto della pressione all’interno delle bolle è probabilmente più sfumato di quanto si pensasse in precedenza. Integrando le loro osservazioni con quelle dell’Osservatorio a raggi X Chandra della NASA, i ricercatori hanno anche ottenuto viste complementari del gas osservato da MUSTANG-2.

“Stiamo osservando una delle esplosioni più energetiche mai viste da un buco nero supermassiccio”, ha dichiarato Jack Orlowski-Scherer, un altro ricercatore associato allo studio. 

Estratto dello studio:

Si ritiene che il feedback meccanico dai nuclei galattici attivi sia il meccanismo di feedback dominante che spegne i flussi di raffreddamento e la formazione stellare nei nuclei degli ammassi di galassie. In particolare, si manifesta creando cavità nel gas che emette raggi X, che si osservano in molti ammassi. Tuttavia, la natura della pressione che sostiene queste cavità non è nota.

Utilizzando lo strumento MUSTANG-2 sul Green Bank Telescope (GBT), i ricercatori hanno mirato a misurare i segnali dell’effetto termico Sunyaev-Zeldovich (SZ) associati alle cavità di raggi X in MS0735.6+7421, un ammasso di massa moderata che ospita una delle più energiche esplosioni del nucleo galattico attivo conosciute. Hanno usato queste misurazioni per dedurre il livello delle fonti di pressione non termiche che supportano le cavità, come i campi magnetici e la turbolenza, così come i componenti dei raggi cosmici e relativistici.

I risultati mostrano che il segnale SZ associato alle cavità è soppresso rispetto alle attese per un plasma termico con temperature di poche decine di keV. Il valore più piccolo del fattore di soppressione, f, coerente con i dati è ∼0,4, inferiore a quanto dedotto in lavori precedenti. Valori maggiori di f sono possibili una volta preso in considerazione il contributo dello shock del bozzolo che circonda le cavità.

Il team di ricercatori è arrivato alla conclusione che nello scenario “termico”, quando metà del supporto di pressione proviene da elettroni con una distribuzione di velocità maxwelliana, la temperatura di questi elettroni deve essere maggiore di ∼100 keV con una confidenza di 2,5σ. In alternativa, gli elettroni con distribuzione del momento non termica potrebbero contribuire alla pressione, sebbene i dati esistenti non distinguano tra questi due scenari.

Il modello di base con cavità situate nel piano del cielo fornisce un valore ottimale della soppressione del segnale termico SZ all’interno delle cavità di f ∼ 0,5, che, al valore nominale, implica un mix di supporto di pressione termica e non termica. Valori maggiori di f (fino a 1, cioè nessun segnale SZ termico dalle cavità) sono ancora possibili quando si tengono conto delle variazioni nella geometria della linea di vista.

Fonte: Astronomy and Astrophysics

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