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Il super vento che regola la formazione stellare

Il super vento che regola la formazione stellare
Copyright: NASA/JPL-Caltech; Insert: ESA

Grazie alle osservazioni del telescopio spaziale XMM-Newton dell'ESA e del NuSTAR X-ray della NASA, un team internazionale di astronomi ha studiato il vento emesso da un buco nero supermassiccio al centro di una galassia, scoprendo che si propaga in tutte le direzioni con un impatto significativo sui processi di formazione stellare nella galassia ospite.

Ogni galassia massiccia nell'Universo ospita un buco nero supermassiccio, con una massa di alcuni milioni o miliardi di volte quella del nostro Sol.e Alcuni di questi buchi neri sono attivi, il che significa che nelle loro vicinanze c'è un frenetico flusso di materia:
"Sappiamo che i buchi neri al centro delle galassie possono ingurgitare enormi quantità di materia [disco di accrescimento], ma possono anche ‘spararne’ via una parte sotto forma di potentissimi venti, che riescono a regolare la crescita delle stesse galassie ospiti", ha spiegato Emanuele Nardini della Keele University in Inghilterra. "Conoscere la distribuzione e l'estensione di questi venti ci permette di capire quanto essi siano intensi". 

Negli ultimi decenni, gli scienziati hanno studiato se e come tali afflussi e deflussi possono avere effetti su larga scala nella galassia ospite e, in particolare, sull'attività di formazione stellare.

"I buchi neri sono oggetti potenti ma la loro influenza gravitazionale non si estende molto al di là delle parti più interne di una galassia", ha aggiunto Nardini. "Se i buchi neri influenzano davvero l'attività di formazione stellare di una intera galassia, ci deve essere un meccanismo di feedback che collega i due su scala globale".

Il team, quindi, ha esaminato PDS 456, una galassia che si trova a poco più di due miliardi di anni luce di distanza ed ospita un buco nero eccezionalmente attivo con una massa di un miliardo di Soli.
PDS 456 è un quasar relativamente vicino a noi, ossia un oggetto che appare come una sorgente puntiforme perché la luce prodotta dalle stelle è eclissata dall'attività del buco nero centrale. Tuttavia, pur essendo una potente fonte luminosa, PDS 456 è stata scoperta solo nel 1990 in quanto si trova in una porzione di cielo molto affollata, al di là del centro della nostra Galassia.

Fin dai primi rilevamenti a raggi X, questo quasar ha mostrato una forte caratteristica di assorbimento causata da ferro fortemente ionizzato (nuclei di ferro privati ​​di tutti tranne uno o due elettroni).

"La linea di assorbimento è spostata verso il blu [blueshift] rispetto a quello che avremmo ottenuto in laboratorio, indicando che è causata da ioni di ferro che si stanno muovendo verso l'osservatore, quindi fuori dal buco nero: in altre parole, stiamo assistendo ad un efflusso di vento", ha spiegato Nardini.

Questa linea, ora, è stata rilevata in molti altri quasar ma grazie alla sua relativa vicinanza a noi, PDS 456 offre le condizioni ideali per osservarne i dettagli.

La nuova campagna di osservazioni ha fatto la differenza: i due telescopi spaziali, XMM-Newton e NuSTAR, hanno osservato PDS 456 simultaneamente, quattro volte nel 2013 e una volta nel 2014, catturando spettri ad alta risoluzione, grazie ai quali gli astronomi non solo hanno osservato l'assorbimento causato dagli ioni di ferro ma hanno anche rilevato emissione diretta da tali ioni.

XMM Newton e NuSTAR spettro di assorbimento di PDS 456

In nero, XMM-Newton X-ray; in blu, NuSTAR
Copyright: Courtesy of E. Nardini, Keele University, UK

"E' stata una sorpresa", ha detto Nardini.
La firma di emissione nello spettro è stata rilevata con una energia leggermente inferiore alla funzione di assorbimento.
"Ciò indica che gli ioni che stanno emettendo non rientrano nella nostra linea visiva: stiamo assistendo al materiale che scorre lontano dal buco nero, non solo verso di noi ma in ogni direzione", ha aggiunto.
Tale coppia di righe, di emissione e di assorbimento, è chiamata un profilo P-Cygni e prende il nome dalla stella variabile P Cygni: è caratteristica di un involucro gassoso in espansione da una fonte centrale e non era mai stato osservato prima nel vento proveniente dal disco di accrescimento di un buco nero.

Grazie a questi dati gli astronomi hanno potuto studiare la geometria del vento emesso dal buco nero:
"Conoscendo la velocità, la forma e le dimensioni dei venti, ora possiamo capire quanto siano potenti", ha commentato Fiona Harrison del California Institute of Technology di Pasadena, in California, ricercatrice principale di NuSTAR e co-autrice del documento pubblicato sulla rivista Science.

I dati indicano che il materiale effluente ammonta a circa dieci volte la massa del Sole ogni anno e che la potenza cinetica rilascia nell'ambiente circostante è di circa il 20 per cento dell'energia totale emessa dai quasar.

L'ampia propagazione del vento mostra che il buco nero deve avere un certo impatto sulla galassia ospite: formato da gas ionizzato, la sua potenza è tale da contrastare i processi di formazione stellare, il che suggerisce che i buchi neri supermassicci hanno effettivamente contribuito a regolare la nascita delle stelle nelle galassie che osserviamo oggi,

Riferimenti:
- http://sci.esa.int/xmm-newton/55475-widespread-wind-from-black-hole-can-shape-star-formation/
- http://www.media.inaf.it/2015/02/19/il-super-vento-dal-buco-nero-che-spazza-la-galassia/

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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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