3C273 è il nucleo di una galassia che si ritiene ospiti un enorme buco nero al centro, che inghiotte il materiale circostante, emettendo enormi radiazioni. Tuttavia, un faro così abbagliante nell'oscurità cosmica, rende difficile l'osservazione dell'ambiente circostante. In questo caso, i telescopi hanno bisogno di molto più contrasto per guardare intorno così, finora, gli studi si sono concentrati sui suoi nuclei centrali luminosi, da cui proviengono la maggior parte delle onde radio. E si sa poco sulla galassia ospite, debole e diffusa, che richiederebbe molto più contrasto per essere studiata. Ora, però, un team di astronomi in Giappone ha utilizzato una tecnica di autocalibrazione per ridurre la dispersione di onde radio da 3C273 verso la galassia e ha utilizzato lo stesso 3C273 per correggere gli effetti delle fluttuazioni atmosferiche della Terra sul telescopio. In questo modo, è stata raggiunta una gamma dinamica di imaging di 85000, un record ALMA per gli oggetti extragalattici che, finora, si era attestata sui 100. La gamma dinamica in fotografia è il rapporto tra la massima luminosità e la minima luminosità misurabile in un’immagine.
La scoperta
Grazie a questa nuova tecnica, la squadra ha scoperto una debole emissione radio che si estende per decine di migliaia di anni luce sulla galassia ospite di 3C273.
L'emissione radio intorno ai quasar suggerisce tipicamente l'emissione di sincrotrone, che deriva da eventi altamente energetici come esplosioni di formazione stellare o getti ultraveloci emanati dal nucleo centrale. Quella di 3C273 ha come caratteristica generale una luminosità che cambia con la frequenza. Tuttavia, la debole emissione radio scoperta dal team ha una luminosità costante indipendentemente dalla radiofrequenza.
Dopo aver considerato meccanismi alternativi, gli astronomi hanno scoperto che questa debole ed estesa emissione radio proviene dall'idrogeno gassoso nella galassia alimentato direttamente dal nucleo 3C273.
Questa è la prima volta che si scopre che le onde radio di un tale meccanismo si estendono per decine di migliaia di anni luce nella galassia ospite di un quasar.
Il quasar 3C273 visto in luce ottica dal telescopio spaziale Hubble, a sinistra e in radio da ALMA, a destra.
Come si vede, in luce ottica, l'eccessiva luminosità provoca perdite radiali di luce create dalla luce diffusa dal telescopio. L'immagine di ALMA mostra, invece, l'emissione radio debole ed estesa (in colore blu-bianco) attorno al nucleo.
La sorgente centrale luminosa è stata sottratta dall'immagine. Lo stesso getto dell'immagine a sinistra può essere visto in arancione a destra. Crediti: Komugi et al., Telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA
Implicazioni
Gli astronomi si sono chiesti a lungo se l'energia di un quasar possa essere abbastanza forte da privare la galassia ospite della sua capacità di formare stelle. Ebbene, la debole emissione radio appena scoperta può aiutare a risolvere il quesito. Infatti, l'idrogeno è un ingrediente essenziale nella creazione delle stelle ma se su di esso risplende una luce così intensa, il gas viene disassemblato (ionizzato) con gravi conseguenze per la formazione stellare.
Le onde radio scoperte in questo studio provengono dallo stesso gas e non vengono assorbite dalla polvere: la loro emissione rende molto semplice la misurazione del gas ionizzato creato dal nucleo di 3C273.
In questo caso, è stato scoperto che almeno il 7% della luce di 3C273 è stata assorbita dal gas nella galassia ospite, creando gas ionizzato pari a 10-100 miliardi di volte la massa del Sole. Tuttavia, il gas era abbondante in 3C273 pertanto, nel complesso, non sembrava che la formazione stellare possa essere stata fortemente soppressa dal nucleo.
"Applicando la stessa tecnica ad altri quasar, ci aspettiamo di capire come si evolve una galassia attraverso la sua interazione con il nucleo centrale", ha detto Shinya Komugi, professore associato alla Kogakuin University e autore principale dello studio pubblicato su The Astrophysical Journal.
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