Rappresentazione artistica di un vento galattico originato da un buco nero supermassiccio situato al centro di una galassia. L’intensa energia emanata dal buco nero crea un flusso di gas su scala galattica che spazza via la materia interstellare, da cui si formano le stelle. Crediti: Alma (Eso/Naoj/Nrao)
Grazie all’Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (Alma), è stato scoperto un vento galattico eccezionale proveniente da un buco nero supermassiccio di 13.1 miliardi di anni fa. Si tratta del primo esempio finora osservato di un vento simile ed è la prova che questi enormi oggetti compatti nel cuore delle galassie possono avere un profondo effetto sulla crescita delle galassie stesse, fin dalle origini dell’universo.
Al centro di molte grandi galassie si nasconde un buco nero supermassiccio, da milioni a miliardi di volte più massiccio del Sole. La massa del buco nero è approssimativamente proporzionale alla massa della regione centrale della galassia (quello che sembra un rigonfiamento, chiamato bulge) nell’universo vicino. A prima vista questo può sembrare ovvio, ma in realtà è molto strano. Il motivo è che le dimensioni delle galassie e dei buchi neri supermassicci differiscono di circa 10 ordini di grandezza. Sulla base di questa relazione tra le masse di due oggetti di dimensioni così diverse, gli astronomi ritengono che galassie e buchi neri siano cresciuti e si siano evoluti insieme – si parla di coevoluzione – attraverso una sorta di interazione fisica. E un vento galattico potrebbe effettivamente fornire questo tipo di interazione.
Un buco nero supermassiccio ingoia una grande quantità di materia. Quando la materia inizia a muoversi ad alta velocità a causa della gravità del buco nero stesso, emette energia che può spingere la materia circostante verso l’esterno. È così che si crea il vento galattico. «Quando sono nati i venti galattici nell’universo?» si domanda Takuma Izumi, primo autore dell’articolo pubblicato su Astrophysical Journal e ricercatore presso l’Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone (Naoj). «Questa è una domanda importante perché è correlata a un problema rilevante in astronomia: come si sono evolute le galassie e i buchi neri supermassicci?».
Il team di ricerca ha utilizzato per la prima volta il telescopio Subaru della Naoj per cercare buchi neri supermassicci. Grazie alla sua capacità di osservazione ad ampio campo, ha trovato più di 100 galassie con buchi neri supermassicci a distanze corrispondenti a oltre 13 miliardi di anni fa. Successivamente, il team ha sfruttato l’elevata sensibilità di Alma per studiare il movimento del gas nelle galassie ospiti di questi buchi neri. In particolare, Alma ha osservato la galassia Hsc J124353.93+010038.5 (J1243+0100 in breve), scoperta dal telescopio Subaru, e ha catturato le onde radio emesse dalla polvere e dagli ioni di carbonio nella galassia.
L’analisi dettagliata dei dati di Alma ha rivelato che in J1243+0100 c’è un flusso di gas ad alta velocità che si muove a 500 chilometri al secondo. Questo flusso di gas ha energia sufficiente per allontanare il materiale stellare nella galassia e fermare l’attività di formazione stellare. Il flusso di gas trovato in questo studio è davvero un vento galattico ed è il più antico esempio osservato di una galassia con un vento di queste dimensioni. Il precedente detentore del record era una galassia di circa 13 miliardi di anni fa, quindi questa osservazione si spinge indietro di altri 100 milioni di anni.
Il team ha inoltre misurato il movimento del gas più tranquillo in J1243+0100 e ha stimato che la massa del bulge della galassia, in base al suo equilibrio gravitazionale, è circa 30 miliardi di volte quella del Sole. La massa del buco nero supermassiccio della galassia, stimata con un altro metodo, è circa l’1 per cento di quella del bulge. Il rapporto di massa tra il bulge e il buco nero supermassiccio in questa galassia è quasi identico all’analogo rapporto in galassie nell’universo attuale. Ciò implica che la coevoluzione di buchi neri supermassicci e galassie si verifica da meno di un miliardo di anni dopo la nascita dell’universo. «Le nostre osservazioni supportano recenti simulazioni al computer ad alta precisione che hanno previsto che le relazioni coevolutive erano in atto anche circa 13 miliardi di anni fa», conclude Izumi. «Stiamo pianificando di osservare un gran numero di tali oggetti e speriamo così di chiarire se la coevoluzione primordiale vista in questo oggetto sia un’immagine accurata dell’universo in generale».
Per saperne di più:
- Leggi su Astrophysical Journal l’articolo “Subaru High-z Exploration of Low-Luminosity Quasars (SHELLQs). XIII. Large-scale Feedback and Star Formation in a Low-Luminosity Quasar at z = 7.07 on the Local Black Hole to Host Mass Relation” di Takuma Izumi, Yoshiki Matsuoka, Seiji Fujimoto, Masafusa Onoue, Michael A. Strauss, Hideki Umehata, Masatoshi Imanishi, Kotaro Kohno, Toshihiro Kawaguchi, Taiki Kawamuro, Shunsuke Baba, Tohru Nagao, Yoshiki Toba, Kohei Inayoshi, John D. Silverman, Akio K. Inoue, Soh Ikarashi, Kazushi Iwasawa, Nobunari Kashikawa, Takuya Hashimoto, Kouichiro Nakanishi, Yoshihiro Ueda, Malte Schramm, Chien-Hsiu Lee, Hyewon Suh