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Quasar con buchi neri supermassicci in sincronia

Gli astronomi hanno scoperto un collegamento chiave tra alcuni quasar separati da distanze di miliardi di anni luce.

Utilizzando il Very Large Telescope (VTL) in Cile, un'equipe europea ha esaminato la polarizzazione proveniente da 93 quasar lontani, visti in un'epoca in cui l'Universo aveva circa un terzo dell'età attuale.

Gli astronomi hanno scoperto un collegamento chiave tra alcuni quasar separati da distanze di miliardi di anni luce.

Utilizzando il Very Large Telescope (VTL) in Cile, un'equipe europea ha esaminato la polarizzazione proveniente da 93 quasar lontani, visti in un'epoca in cui l'Universo aveva circa un terzo dell'età attuale.

I quasar sono nucleo galattici estremamente luminosi che, al centro, contengono un buco nero supermassiccio molto attivo, circondato da dischi in rotazione di materiale molto caldo che spesso viene lanciato in lunghi getti allineati con l'asse di rotazione.

Il VLT ha svelato un bizzarro allineamento tra gli assi di rotazione di questi buchi neri del campione di quasar esaminato, che risultano curiosamente parelleli gli uni agli altri su distanze che raggiungono i miliardi di anni luce e tendono ad essere allineati con le vaste strutture della rete cosmica in cui essi risiedono.

"La prima cosa strana che abbiamo notato è stata che alcuni degli assi di rotazione dei quasar erano allineati tra di loro - nonostante questi quasar siano separati da miliardi di anni luce", ha affermato Damien Hutsemékers, dell'Université de Liège.

Il team, quindi, ha cercato di capire meglio e verificare se questi assi di rotazione fossero legati non solo tra di loro ma anche alla struttura su grande scala dell'Universo in quell'epoca cosmica.

La distribuzione delle galassie su scale di miliardi di anni luce, non è uniforme ma segue una rete cosmica di filamenti e grumi intorno a enormi vuoti dove le galassie sono rare. Questa disposizione bella e affascinante è nota come struttura a grande scala.

I nuovi risultati del VLT indicano che l'asse di rotazione dei quasar tende a essere parallelo alle strutture a grande scala a cui appartengono. E perciò, se i quasar si trovano in un lungo filamento, allora lo spin (asse di rotazione) del buco nero centrale punta lungo il filamento.

Sarà necessario un campione più grande ma i ricercatori stimano che la probabilità che questi allineamenti siano casuali è meno dell'1%.

"Nel caso delle galassie, gli assi di rotazione possono essere allineati a causa di una coppia generata dal campo gravitazionale delle strutture a grande scala. Ci aspettiamo che un meccanismo simile possa essere applicato a nuclei galattici attivi / quasar. Ma questo è da dimostrare", mi ha spiegato in una mail Hutsemékers, che ringrazio per la disponibilità.
"I buchi neri supermassicci evolvono con il tempo ma non è chiaro quale possa essere l'effetto sugli allineamenti", ha aggiunto in risposta ad una mia domanda circa una possibile evoluzione temporale.

"La presenza di correlazione tra l'orientazione dei quasar e la struttura a cui appartengono è una previsione importante dei modelli numerici di evoluzione dell'Universo. I nostri dati forniscono la prima conferma osservativa di questo effetto, su scale molto più grandi di quanto si sia osservato finora per le galassie normali", aggiunge Dominique Sluse dell'Argelander-Institut für Astronomie a Bonn, Germania e dell'Università di Liège.

Il team non ha osservato direttamente l'asse di rotazione o i getti dei quasar, ma ha misurato la polarizzazione della luce di ciascun quasar con FOR (FOcal Reducer and low dispersion Spectrograph), uno spettrografo montato sul VLT. FOR è un vero fiore all'occhiello, in grado di studiare i diversi oggetti astronomici in molti modi diversi. A lui va il merito di aver catturato alcune delle foto iconiche del VLT.
Per 19 dei quasar esaminati, i dati hanno mostrato un segnale polarizzato significativo. La direzione della polarizzazione, combinata con altre informazioni, è stata quindi usata per dedurre l'angolo del disco di accrescimento e da qui la direzione dell'asse di spin (rotazione) del quasar.

Andrea Ferrara, docente di Cosmologia della Scuola Normale Superiore e membro del CdA dell’INAF, sul sito dell'INAF commenta (*):
"La distribuzione ottenuta dagli autori è difficilmente distinguibile da una distribuzione casuale data la presenza di alcuni punti con valori di inclinazione intermedi.  Inoltre, dato il numero limitato di sorgenti osservate (19), non è chiara la rilevanza statistica della conclusione tratta dagli autori”.
“Infine usando ulteriore informazione sulla larghezza delle righe emissione gli autori giungono alla conclusione che anche i buchi neri in cui apparentemente la polarizzazione è perpendicolare alla direzione del filamento, in realtà hanno uno spin parallelo al filamento stesso.  Le conclusioni ottenute tramite questo interessante uso delle misure polarimetriche necessita di ulteriori verifiche sperimentali a causa del fatto che solo 19 quasars su 93 hanno una polarizzazione rivelabile”.
“Dal punto di vista teorico però non appare impossibile che lungo un filamento della rete cosmica, lungo cui il campo gravitazionale della materia oscura ha una direzione e modulo ben definiti, gli assi dei buchi neri siano allineati. Questo potrebbe avvenire se i buchi neri mantengono memoria della rotazione degli aloni di gas e materia oscura all’interno dei quali si sono originati e che sono comuni alle galassie dei filamenti”

"L'allineamento nei nuovi dati, su scale anche più grandi delle attuali previsioni derivate dalla simulazioni, può suggerire che ci sia un ingrediente ancora non noto nei nostri modelli del cosmo", conclude Dominique Sluse.

Alignment of quasar polarizations with large-scale structures [abstract]
We have measured the optical linear polarization of quasars belonging to Gpc-scale quasar groups at redshift z ∼ 1.3. Out of 93 quasars 
observed, 19 are significantly polarized. We found that quasar polarization vectors are either parallel or perpendicular to the directions of the large-scale structures to which they belong. Statistical tests indicate that the probability that this effect can be attributed to andomly oriented polarization vectors is of the order of 1%. We also found that quasars with polarization perpendicular to the host structure preferentially have large emission line widths while objects with polarization parallel to the host structure preferentially have small emission line widths. Considering that quasar polarization is usually either parallel or perpendicular to the accretion disk axis depending on the inclination with respect to the line of sight, and that broader emission lines originate from quasars seen at higher
inclinations, we conclude that quasar spin axes are likely parallel to their host large-scale structures.

Press-release:
http://www.eso.org/public/italy/news/eso1438/

(*) Aggiornamento 20 novembre 2014

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Elisabetta Bonora

Sono una image processor e science blogger appassionata di astronomia, spazio, fisica e tecnologia, affascinata fin da bambina dal passato e dal futuro.
Dal 2009 elaboro le immagini raw delle missioni spaziali insieme a Marco Faccin ed ho creato questo blog ad agosto 2012, in occasione dello sbarco del rover Curiosity su Marte.
Per lavoro mi occupo di digital advertising, web e video analytics presso Shiny (SV – Italia) ma passo la maggior parte del tempo libero su questo sito e tra i cataloghi delle foto scattate dalle sonde e dai rover inviati nel nostro Sistema Solare "per esplorare nuovi mondi, alla ricerca di nuove forme di vita, per arrivare là dove nessuno è mai giunto prima!" ...Ovviamente, è chiaro, sono una fan di Star Trek!

Sito web: https://twitter.com/EliBonora
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