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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.

Lo ‘spin’ dei buchi neri e la formazione dei getti

Una immagine ottica della galassia ellittica gigante M87 che ospita un buco nero supermassiccio. Nell’immagine si osserva anche un getto di materia che si diparte dal nucleo della galassia. M87 fa parte di un ammasso di galassie. Alcuni recenti dati indicano che la rotazione del buco nero alimenti il getto.
Credit: Adam Block, Mt. Lemmon SkyCenter, U. Arizona

I buchi neri supermassicci, oggetti la cui massa va da qualche milione a qualche miliardo di masse solari, si trovano nei nuclei delle galassie attive dove essi sono responsabili di alcuni fenomeni spettacolari visibili nell’Universo. Le condizioni ambientali possono, ad esempio, generare dei getti relativistici di particelle che si estendono nello spazio per migliaia di anni-luce. Si ritiene che queste strutture, scoperte inizialmente alle lunghezze d’onda radio, siano alimentate dalla materia che si accresce attorno al buco nero. I processi fisici che portano alla formazione dei getti sono tra i più importanti dibattuti nell’ambito della moderna astrofisica.

Uno dei meccanismi principali che si pensa guidi il processo che genera il flusso di particelle a formare i getti è l’accrescimento di materia attorno al buco nero, durante il quale emergono una serie di fenomeni di emissione di radiazione che alimentano appunto i getti. Ma i buchi neri possono ruotare e un singolo buco nero può immagazzinare una tale quantità di energia pari a quella emessa dalla Via Lattea nel corso della sua vita, o forse più. Brian McNamaraMina Rohanizadegan e Paul Nulsen hanno esaminato questa enorme sorgente di energia per verificare se essa sia in grado di alimentare i getti. I ricercatori hanno esaminato ammassi di galassie che presentano una attività associata alla presenza di buchi neri. Confrontando i dati con il loro modello, essi hanno trovato che la rotazione del buco nero è consistente con le osservazioni anche se non necessariamente migliore del modello del disco di accrescimento. Nonostante occorreranno ulteriori dati per discriminare quale dei due scenari sia più efficiente per alimentare i getti, questi risultati indicano che la rotazione dei buchi neri è in generale un parametro che bisogna considerare.

ArXiv: Are Radio AGN Powered by Accretion or Black Hole Spin?