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Un’alleanza cosmica per creare un ‘buco-nero-scopio’

Gli osservatori spaziali Integral, Fermi e Swift hanno unito le proprie forze per sfruttare il potere d’ingrandimento creato da una lente cosmica con l’obiettivo di esplorare un buco nero supermassiccio che risiede nel nucleo di una galassia attiva denominato PKS 1830-211. I risultati di questo studio sono pubblicati su Nature Physics. Continua a leggere Un’alleanza cosmica per creare un ‘buco-nero-scopio’

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Raggi gamma dal nucleo delle galassie attive

Tra le varie classi di nuclei galattici attivi, i blazar rappresentano gli oggetti più estremi. Una delle caratteristiche che contraddistingue questa particolare famiglia di galassie attive è data dalla presenza di getti di materia, allineati quasi lungo la linea di vista, che emergono dal nucleo centrale e che sono spesso accompagnati da una forte emissione di raggi-gamma. Oggi, un gruppo internazionale di ricercatori guidati da Lars Fuhrmann del Bonn’s Max Planck Institute for Radio Astronomy hanno pubblicato un articolo in cui viene confermato per la prima volta il collegamento tra le emissioni di alta energia e le controparti radio osservate a varie frequenze. Questi risultati suggeriscono che i raggi-gamma provengono da quelle regioni presenti nelle immediate vicinanze del buco nero supermassiccio che si cela nei nuclei dei blazar.

 MPI: Gamma rays from the core of active galaxies

arXiv: Detection of significant cm to sub-mm band radio and gamma-ray correlated variability in Fermi bright blazars

La ‘nebbia cosmica’ dell’Universo vicino

I ricercatori del Laboratoire Leprince-Ringuet (CNRS / École Polytechnique) hanno effettuato la prima misura della intensità della luce diffusa extragalattica distribuita nell’Universo vicino, una ‘nebbia di fotoni’ che ha riempito lo spazio cosmico fin dalla sua formazione. Le misure sono state condotte utilizzando il sistema di telescopi HESS, situati in Namibia, che hanno permesso di eseguire una serie di osservazioni di alcune sorgenti molto brillanti nella banda dei raggi gamma. Lo studio è complementare a quello recentemente effettuato dal telescopio spaziale Fermi (post). Questi risultati forniscono nuovi indizi sulle dimensioni dell’Universo osservabile nella banda dei raggi gamma e fanno luce sui processi di formazione stellare e sull’evoluzione delle galassie.


arXiv: Measurement of the extragalactic background light imprint on the spectra of the brightest blazars observed with H.E.S.S.

Una ‘nebbia cosmica’ prodotta dall’antica radiazione stellare

Grazie ad una serie di osservazioni condotte con il telescopio spaziale Fermi Gamma-ray Space Telescope, gli astronomi hanno realizzato una misura alquanto accurata della radiazione stellare di fondo in modo da determinare il contributo della luce dovuta a tutta le stelle presenti nell’Universo, uno degli obiettivi principali della missione.

“La luce ottica e ultravioletta proveniente dalle stelle continua a viaggiare nell’Universo anche quando le stelle terminano la loro fase evolutiva. Ciò crea una radiazione fossile che possiamo esplorare utilizzando i raggi-gamma delle sorgenti distanti” spiega Marco Ajello del Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology presso la Stanford University in California e dello Space Sciences Laboratory presso l’University of California a Berkeley. La radiazione stellare totale viene chiamata Extragalactic Background Light (EBL), o radiazione stellare di fondo, e nel dominio dei raggi-gamma appare come una sorta di ‘nebbia cosmica’. I ricercatori hanno analizzato i raggi-gamma di 150 blazar, cioè galassie attive che sono alimentate dall’attività di un buco nero supermassiccio, che hanno energie al di sopra di 3 miliardi di elettronVolt. I raggi-gamma prodotti nei getti relativistici dei blazar viaggiano per miliardi di anni-luce prima di arrivare a Terra. Durante il loro tragitto cosmico, essi passano attraverso una nebbia di luce visibile e ultravioletta emessa dalle stelle che si sono formate nel corso della storia dell’Universo.

Ogni tanto, un raggio-gamma interagisce con questa luce stellare e si trasforma in una coppia di particelle, cioè un elettrone e un positrone. Una volta che si creano le coppie di particelle-antiparticelle, i raggi-gamma si perdono e quindi questo processo di trasformazione attenua il segnale dei raggi-gamma allo stesso modo con cui la nebbia a cui siamo abituati affievolisce le luci cittadine. Ciò ha permesso di determinare l’attenuazione media dei raggi-gamma attraverso tre intervalli di distanza in un periodo compreso tra 9,6 miliardi di anni fa e oggi e quindi di risalire allo spessore della nebbia cosmica. Per tener conto dei dati osservati, si trova che la distanza media tra le stelle è di circa 4,150 anni-luce. Questi risultati, pubblicati su Science, aprono una nuova finestra sulla possibilità di porre limiti più stringenti alle epoche primordiali durante le quali si formavano le stelle e quindi preparare la missione del telescopio spaziale James Webb. Insomma, Fermi ci sta mostrando le ‘ombre’ delle prime stelle laddove James Webb le osserverà direttamente.

[Press release: NASA’s Fermi Measures Cosmic ‘Fog’ Produced by Ancient Starlight]


Una nuova classe di nuclei galattici attivi?

Con il termine blazar si definisce un nucleo galattico attivo contenente un buco nero supermassiccio e che, in accordo ai modelli unificati, ha il getto relativistico allineato con la linea di vista dell’osservatore. Questi oggetti emettono una radiazione di alta energia, principalmente raggi-gamma, che risulta centinaia di milioni di volte superiore a quella che è in grado di rivelare l’osservatorio per raggi-X Chandra. Altre caratteristiche riguardano l’emissione totale che varia drammaticamente con il tempo e la loro estrema luminosità nella banda radio.

Si ritiene che la violenta attività osservata nei blazar sia associata alla caduta di materia in prossimità del buco nero, un fenomeno che dà luogo all’emissione di getti relativistici di particelle energetiche che si muovono all’interno di due coni perpendicolari al disco di accrescimento. L’elevata emissione registrata sottoforma di raggi-X e raggi-gamma, l’intensa emissione radio e la variabilità estrema sono spiegati come un caso fortuito di allineamento di uno dei due getti con la linea di vista. Un gruppo di ricercatori del Center for Astrophysics (CfA) hanno pubblicato di recente un articolo dove presentano un nuovo metodo per studiare questa particolare classe di nuclei galattici attivi. E’ stato osservato che l’emissione nella banda degli infrarossi, così come è stata misurata dal satellite Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE), è così insolita che questi oggetti non possono essere altro che blazar. Attualmente, si conoscono più di 1800 sorgenti di raggi-gamma. Di queste, circa un terzo sono alquanto enigmatiche dato che la loro distribuzione spaziale non permette di associarle ad una determinata categoria di galassie che possono essere identificate con i telescopi. Invece, circa metà delle sorgenti di raggi-gamma non identificate potrebbero essere blazar che emettono nella banda dell’infrarosso e che potrebbero essere studiate in dettaglio da WISE. In particolare, una sorgente non identificata ha mostrato di recente un flare di raggi-gamma allertando immediatamente i ricercatori al fine di identificare la sua controparte ottica e capire se può essere associata ad un blazar. Nel loro articolo, i ricercatori affermano che la sorgente non è associata ad alcun oggetto noto: in più, essa non presenta emissione radio, non mostra una elevata variabilità e nonostante si tratti di una sorgente di raggi-X la forma dello spettro di energia non è compatibile con quella tipica dei blazar. Si ritiene che una galassia vicina possa essere la sua controparte ottica che emette raggi-gamma mentre altri candidati mostrano decisamente caratteristiche diverse. Se la sorgente identificata da WISE risulterà, di fatto, la controparte da associare alla sorgente di raggi-gamma, la mancanza di emissione radio implica che si tratti di una nuova classe di nuclei galattici attivi. Se, invece, non si tratta della sua controparte, la mancanza di emissione radio rappresenta ancora un mistero per quanto riguarda la natura dei blazar. Insomma, per risolvere l’enigma astrofisico occorreranno ulteriori osservazioni.

[Press release: A New Class of Extragalactic Objects]

Una popolazione di galassie attive apparentemente ‘scomparse’

Si ritiene che una nuova popolazione di galassie attive (curva arancione) contribuisca alla radiazione cosmica di fondo nella banda dei raggi-X (curva blu). Entrambe mostrano delle forme spettrali simili e i relativi picchi si trovano a valori simili di energia. Se si sommano i contributi di altre popolazioni di galassie attive (curve in giallo e viola) si trova il fondo aspettato.
Credit: NASA/Goddard Space Flight Center

Grazie ad una serie di osservazioni condotte con il satellite Swift, un gruppo internazionale di ricercatori hanno confermato l’esistenza di una popolazione di galassie attive che ospitano buchi neri supermassicci. Nonostante l’emissione di alta energia sia alquanto debole, gli astronomi affermano che queste sorgenti di raggi-X potrebbero essere la “punta dell’iceberg”, in altre parole, il loro numero ammonterebbe a solo un quinto di tutte le galassie attive.

Queste sorgenti di raggi-X sono dappertutto” spiega Neil Gehrels, investigatore principale di Swift, “solo che, prima di Swift, erano troppo deboli e oscurate per essere identificate“. La maggior parte delle galassie ospitano un buco nero gigante nei loro nuclei e quelle rivelate da Swift possiedono masse pari ad almeno 100 milioni di masse solari. In una galassia attiva, la materia che si accresce attorno al buco nero va ad alimentare l’emissione di alta energia e in funzione di come essa emerge ed è orientata nello spazio, rispetto alla nostra linea di vista, ci permette di distinguere due classi principali di galassie attive che sono tra gli oggetti più luminosi dell’Universo: i quasar e i blazar. Da qualche tempo, gli astronomi hanno creduto che la radiazione cosmica di fondo nella banda dei raggi-X fosse sottostimata finchè Swift ha permesso di rivelare questa popolazione vicina di oggetti alquanto brillanti e apparentemente “invisibili” agli strumenti. Dunque, pare che questa popolazione di galassie attive, cioè quella in cui i buchi neri sono oscurati dal disco di gas e polveri e che si sono formati quando l’Universo aveva una età di circa 7 miliardi di anni, contribuisca maggiormente alla radiazione di fondo nella banda dei raggi-X il cui andamento, sommato a quello dovuto ad altre popolazioni di galassie attive, descrive quasi perfettamente lo spettro risultante del fondo dei raggi-X, come ci si dovrebbe aspettare.