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Piogge galattiche

Uno studio durato oltre 20 anni e guidato da un gruppo di ricercatori della Michigan State University (MSU) tenta di far luce su uno dei misteri che ha perseguitato gli astronomi per molto tempo sull’argomento formazione stellare. Oggi, in un articolo pubblicato su Nature, gli autori sostengono di aver trovato una risposta: in altre parole, ci sarebbe un meccanismo che permette al gas caldo di produrre delle “docce” di nubi di gas freddo che precipitano nella galassia, un processo che potrebbe essere la chiave della “fertilità” delle galassie, un problema già discusso in un altro articolo.

L’ammasso di galassie, noto come Abell 2597, uno dell’insieme dei 200 ammassi studiati dagli astronomi per determinare come mai alcune galassie sono più prolifiche di altre in termini di formazione stellare. I risultati suggeriscono che la ‘precipitazione galattica’, in realtà nubi di gas freddo, e la sua relazione con i buchi neri nel centro degli ammassi contribuisce a regolare il tasso di formazione stellare. Credit: NASA/CXC/STSci/DSS/Magellan.

Nell’Universo esistono certe galassie che sono delle vere e proprie fabbriche di stelle. Ad esempio, la Via Lattea produce, in media, almeno una stella all’anno, mentre altre sono diventate “sterili” tanti anni fa e ora generano solo pochissime stelle. “Sappiamo tutti che la pioggia ci rallenta quando andiamo in ufficio“, spiega Mark Voit, un professore di fisica della MSU e l’autore principale della ricerca. “Ora sappiamo che un processo simile, che chiamiamo ‘precipitazione galattica’, può rallentare quei processi di formazione stellare, in particolare nelle galassie dove risiedono buchi neri supermassicci”. Certamente non stiamo parlando delle piogge o della neve a noi familiari, piuttosto di nubi molecolari di gas freddo che agiscono come una sorta di “innesco” causando la creazione di nuove stelle, se esistono le condizioni giuste. Tuttavia, alcune nubi di gas vengono attratte dai buchi neri supermassicci che si trovano nelle regioni centrali degli ammassi di galassie. In particolari condizioni, gli addensamenti che forma il gas possono irradiare la loro energia e formare nubi di gas freddo che si mescolano con il gas caldo circostante. Alcune di queste nubi formano stelle mentre altre ‘precipitano’ verso il buco nero dando luogo alla formazione di getti di particelle energetiche che si scontrano con il gas che sta precipitando, lo riscaldano nuovamente come se fosse un “reattore” e gli impediscono di creare altre stelle. Questo ciclo in cui il gas si raffredda e poi si riscalda crea una sorta di meccanismo che regola, in qualche modo, la crescita delle galassie.

I ricercatori hanno analizzato l’emissione nella banda X di più di 200 ammassi di galassie osservate con il telescopio spaziale Chandra per stimare quanto tempo il gas impiega a raffreddarsi a distanze diverse rispetto al buco nero. In questo modo è stato possibile fare una sorta di “previsione meteo” che influenza l’ambiente attorno a ciascun buco nero. “Possiamo dire che una tipica previsione del ‘tempo meteorologico’ per il centro di una galassia massiccia potrebbe essere questa: nuvoloso con possibilità di caldo proveniente da un enorme buco nero“, dice Greg Bryan della Columbia University a New York e co-autore dello studio. Gli scienziati trovano che il “ciclo delle precipitazioni” regolato dall’energia prodotta dai getti impedisce alle nubi di gas freddo di diventare molto intense e i dati di Chandra suggeriscono che questo meccanismo sia andato avanti nel corso degli ultimi 7 miliardi di anni o più. Le galassie che si trovano in questi ammassi sono circondate da enormi “atmosfere” di gas caldo che normalmente tende a raffreddarsi causando la formazione di numerose stelle. Tuttavia, ciò non è quello che osservano gli astronomi. Di solito, ci sono solamente pochissime stelle in formazione. “Senza questi buchi neri e getti, le galassie più centrali degli ammassi dovrebbero avere più stelle“, dice Michael McDonald del Massachusetts Institute of Technology e co-autore dello studio. “Qualcosa sta bloccando quei processi che trasformano il gas galattico in stelle e pianeti”, aggiunge Voit. “Credo che stiamo finalmente arrivando al punto di svolta che ci permette di capire cosa sta succedendo”. Mentre il processo di ‘precipitazione’ delle nubi di gas gioca un ruolo importante in alcune galassie, gli astronomi hanno trovato, invece, che si è arrestato in altre galassie. Gli autori ritengono che in queste galassie i movimenti del calore attorno alla galassia centrale, forse dovuti all’interazione con un altro ammasso di galassie, hanno letteralmente “prosciugato” il processo di ‘precipitazione’ delle nubi di gas attorno al buco nero. Studi futuri permetteranno di verificare se questo meccanismo di precipitazione regoli anche la formazione stellare nelle galassie più piccole, inclusa la nostra Via Lattea.

Chandra: Abell 2597: NASA's Chandra Observatory Finds Cosmic Showers Halt Galaxy Growth
arXiv: Cooling Time, Freefall Time, and Precipitation in the Cores of ACCEPT Galaxy Clusters