Nell'Universo ci sono ancora molte cose che non comprendiamo e molte ancora da scoprire. Nel 2019 il telescopio ASKAP (Australian Square Kilometer Array Pathfinder), appena completato, rilevava qualcosa che nessuno aveva mai visto prima: cerchi di onde radio così grandi da contenere intere galassie. La comunità scientifica si è trovata, così, davanti a un nuovo mistero: non solo doveva comprendere cosa fossero questi oggetti chiamati ORC (Odd Radio Circles) ma anche capire quale fosse la loro origine.

Ora, un team guidato da Alison Coil, professoressa di astronomia e astrofisica dell’Università della California a San Diego, ritiene di aver trovato delle risposte. I cerchi sono gusci formati da venti galattici in uscita, che possono viaggiare fino a 2.000 chilometri al secondo. Il fenomeno interesserebbe le galassie che hanno subito o stanno attraversando lo starbursting, cioè un periodo di intensa formazione stellare, un'esplosione letterale di stelle massicce che nascono e muoiono in rapida successione, terminando la loro vita in spettacolari supernove. Il lavoro è pubblicato su Nature.

"Queste galassie sono davvero interessanti", spiega Coil.
"Si verificano quando due grandi galassie si scontrano. La fusione spinge tutto il gas in una regione molto piccola, che provoca un'intensa esplosione di formazione stellare. Le stelle massicce si bruciano rapidamente e quando muoiono, espellono il loro gas come venti in uscita".
L'analisi del team suggerisce che questo gas viene poi spinto verso l'esterno e catturato dai venti galattici che fluiscono dalla galassia stessa, creando un potente deflusso sferico e relativo fronte d'urto dove si scontra con il tenue mezzo intergalattico circostante.

 

Mistero svelato?

Gli sviluppi tecnologici hanno consentito ad ASKAP di scansionare ampie porzioni di cielo e di trovare per la prima volta gli ORC nel 2019. Nonostante il team della scoperta avesse individuato ben tre strani cerchi nelle immagini, il dubbio che potesse trattarsi di un errore di rilevazione si è protratto fino a quando ci si è accorti di un quarto ORC anche nei dati raccolti nel 2013 con il Giant MetreWave Radio Telescope, in India. Inoltre, successive osservazioni di follow-up con un altro telescopio australiano, l'Australia Telescope Compact Array, hanno confermato ORC-1 e ORC-2.

Queste caratteristiche sono enormi: centinaia di kiloparsec di diametro, dove un kiloparsec è pari a 3.260 anni luce (per riferimento, la Via Lattea ha un diametro di circa 30 kiloparsec).
Sono state proposte varie teorie per spiegarne l'origine, comprese le nebulose planetarie e le fusioni di buchi neri ma con i soli dati radio, era impossibile confermare o smentire.

Coil e i suoi collaboratori, incuriositi, hanno iniziato a esaminare ORC 4, il primo ORC scoperto osservabile dall'emisfero settentrionale, non solo nelle onde radio ma anche con lo spettrometro del W.M. Keck Observatory di Maunakea, Hawaii. I dati hanno mostrato un'enorme quantità di gas altamente luminoso, riscaldato e compresso, molto più di quanto si osserva in una galassia media. Quindi, utilizzando dati di imaging ottico e infrarosso, il team ha determinato che le stelle all’interno della galassia di ORC 4 avevano circa 6 miliardi di anni. "C'è stata un'esplosione di formazione stellare in questa galassia ma è finita circa un miliardo di anni fa", ha affermato Coil.

Cassandra Lochhaas, ricercatrice post-dottorato presso l'Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics, specializzata nelle teorie sui venti galattici e coautrice dell'articolo, ha eseguito una serie di simulazioni numeriche per replicare le dimensioni e le proprietà radio su larga scala dell'anello. I risultati hanno mostrato che i venti galattici in uscita hanno soffiato per 200 milioni di anni prima di spegnersi. Quando il vento si è fermato, uno shock in avanti ha continuato a spingere il gas ad alta temperatura fuori dalla galassia creando un ORC, mentre uno shock inverso faceva ricadere il gas più freddo nella galassia. La simulazione ha coperto un periodo di 750 milioni di anni, ovvero all’interno dell’età stellare stimata di 1 miliardo di anni di ORC 4.

bubble shock

Una simulazione al computer del processo, che mostra il vento, la bolla in espansione e il ritorno del gas freddo. (Cassandra Lochhaas/Space Telescope Science Institute)

"Per fare questo lavoro è necessaria una velocità di deflusso di massa elevata, il che significa che viene espulsa una grande quantità di materiale molto rapidamente. E il gas circostante appena fuori dalla galassia deve essere a bassa densità, altrimenti lo shock si blocca. Questi sono due fattori chiave", dice Coil.
"Si scopre che le galassie che stiamo studiando hanno questi tassi di deflusso di massa elevati. Sono rari, ma esistono. Penso davvero che questo indichi che gli ORC hanno origine da una sorta di venti galattici in uscita". Allo stesso tempo, "gli ORC ci forniscono un modo per vedere i venti attraverso i dati radio e la spettroscopia", afferma Coil. "Questo può aiutarci a determinare quanto sono comuni questi venti galattici estremi in uscita e qual è il ciclo di vita del vento. Possono anche aiutarci a saperne di più sull'evoluzione galattica: tutte le galassie massicce attraversano una fase ORC? Le galassie a spirale diventano ellittiche quando non si formano più stelle? Penso che ci sia molto che possiamo imparare sugli ORC e imparare dagli ORC".