Grazie ad una serie di osservazioni condotte con il satellite della NASA WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) gli astronomi hanno scoperto una galassia davvero distante la cui luminosità è pari almeno a quella di 300 mila miliardi di Soli. Si tratta della galassia più luminosa che sia mai stata osservata fino ad ora e appartiene ad una nuova classe di oggetti che sono stati recentemente identificati da WISE, cioè le galassie ultra luminose all’infrarosso o ELIRGs (Extremely Luminous InfraRed Galaxies).
L’immagine rappresenta una illustrazione artistica della galassia più luminosa dell’Universo. Denominata con la sigla WISE J224607.57-052635.0, la sua luminosità è equivalente a quella di 300 trilioni di Soli. L’oggetto, scoperto dal satellite della NASA WISE, è più piccolo se paragonato alla Via Lattea nonostante generi 10 mila volte più energia. Credit: JPL/NASA
«Ciò che stiamo osservando è una fase molto intensa dell’evoluzione galattica», spiega Chao-Wei Tsai del Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA e autore principale dello studio pubblicato su Astrophysical Journal. «Questa luce così abbagliante potrebbe essere causata dall’intensa attività del buco nero centrale». Denominata con la sigla WISE J224607.57-052635.0, la galassia super brillante potrebbe, infatti, contenere un buco nero gigante nel suo nucleo che si sta rifornendo di gas ad un ritmo elevato. Sappiamo che i buchi neri supermassicci catturano il gas e la materia da un disco di accrescimento che li circonda. Questo processo di accrescimento fa innalzare la temperatura del disco fino a milioni di gradi con conseguente emissione di radiazione di alta energia che si manifesta sotto forma di luce visibile, ultravioletta e raggi X. Inoltre, la radiazione viene bloccata da una serie di “bozzoli” di polvere circostanti e quando essa viene riscaldata emette luce infrarossa.
I buchi neri di grossa taglia sono molto comuni nei nuclei galattici ma trovarne uno così grosso e così distante rappresenta un caso molto raro. Dato che la luce ha viaggiato per circa 12,5 miliardi di anni prima di raggiungere i nostri rivelatori, gli astronomi stanno osservando l’oggetto come era nel passato. Il suo buco nero aveva già una massa miliardi di volte quella del Sole già all’epoca in cui l’Universo aveva un’età pari a un decimo di quella attuale (13,8 miliardi di anni).
Nel loro articolo, gli autori mettono in evidenza sostanzialmente tre ipotesi che potrebbero spiegare il perché i buchi neri di questa particolare categoria di galassie ultra luminose all’infrarosso evolvono in modo tale da diventare così massicci. La prima idea si basa sul fatto che i buchi neri sono nati già grandi. In altre parole, i buchi neri in fase embrionale potrebbero essere molto più grandi di quanto ipotizzato. «Come si fa ad avere, ad esempio, un elefante?», si chiede Peter Eisenhardt project scientist di WISE e co-autore dello studio. «Forse, un modo potrebbe essere quello di iniziare da un baby-elefante».
Le altre due ipotesi riguardano, invece, la violazione di un limite teorico noto come limite di Eddington. Nel processo di accrescimento della materia, il gas che cade verso il buco nero si riscalda emettendo radiazione. A sua volta, la pressione di radiazione ostacola il gas, allontanandolo, e ciò stabilisce un limite al ritmo con cui un buco nero è in grado di attirare continuamente la materia circostante. Se viene violato questo limite, il buco nero può, in linea di principio, aumentare la sua dimensione ad un ritmo vertiginoso. In generale, sono già stati osservati dei casi in cui i buchi neri violano questo limite ma quello del presente studio lo avrebbe ripetutamente violato per diventare sempre più grande.
La terza alternativa si basa sul fatto che i buchi neri potrebbero in qualche modo aggirare questo limite. «Un altro modo per cui un buco nero può diventare così grande è quello di supporre che si sia alimentato ad un ritmo estremamente elevato, più di quanto gli è consentito», dice Tsai. «Ciò può accadere se il buco nero non ruota così velocemente». «Se un buco nero ruota abbastanza lentamente, non rifiuterà tanto il suo “pasto” e alla fine potrà catturare più materia rispetto ad un buco nero che ruota più velocemente. I buchi neri massicci che troviamo nelle galassie ultra luminose all’infrarosso potrebbero alimentarsi di una quantità maggiore di materia per un periodo più lungo», aggiunge Andrew Blain della University of Leicester e co-autore dello studio. «E’ un pò come vincere una gara a chi mangia più hot-dog ma su un intervallo di tempo dell’ordine di qualche centinaia di milioni di anni».
Nel 2010, WISE ha permesso di identificare già diversi oggetti “stravaganti” nelle immagini realizzate sull’intera volta celeste. Perciò, osservando tutto il cielo con una sensibilità migliore il satellite della NASA è stato in grado di catturare questi rari esemplari cosmici che altrimenti non sarebbero stati rivelati. Questo studio riporta un totale di 20 nuove galassie ultra luminose all’infrarosso, inclusa WISE J224607.57-052635.0 che è la più luminosa finora identificata. Questi oggetti non sono stati rivelati prima essendo sono troppo distanti ma anche perché la polvere trasforma la loro intensa luce visibile in una straordinaria emissione di radiazione infrarossa. «In un altro studio realizzato sempre con WISE, abbiamo trovato che circa la metà delle galassie particolarmente luminose si osservano molto bene nell’infrarosso», conclude Tsai.
Certamente saranno necessari altri dati per risolvere l’enigma di questa particolare classe di galassie. Il passo successivo sarà ora quello di determinare accuratamente la massa dei buchi neri centrali. Infatti, conoscere meglio i loro parametri fisici permetterà ai ricercatori di studiare la loro evoluzione, così come quella delle altre galassie, in questo capitolo cruciale della storia cosmica.