Bolle, anelli e filamenti di “fumo intergalattico”: osservate per la prima volta con grande dettaglio, le strutture di gas caldo tracciano l’attività ciclica dei buchi neri supermassivi
Un gruppo di ricerca internazionale che coinvolge studiosi dell’Università di Bologna e dell’Istituto nazionale di astrofisica (Inaf) ha osservato per la prima volta con incredibile dettaglio e su scale temporali di centinaia di milioni di anni l’evoluzione di bolle di gas caldo create dai getti di un buco nero attivo: una serie di strutture che ricordano i getti di fumo prodotti da un’eruzione vulcanica.
Pubblicato su Nature Astronomy, lo studio si è concentrato sul sistema Nest200047: un gruppo di una ventina di galassie distante circa 200 milioni di anni luce. La galassia centrale del sistema ospita al suo interno un buco nero attivo attorno a cui sono state osservate contemporaneamente varie coppie di bolle di gas di diverse età e misteriosi filamenti di campi magnetici e particelle relativistiche con dimensioni fino a centinaia di migliaia di anni luce.
La scoperta è stata possibile grazie ad osservazioni realizzate con LoFar (Low Frequency Array), il radiotelescopio a bassa frequenza più esteso al mondo, che è capace di catturare la radiazione prodotta dagli elettroni più antichi che posiamo captare. Questo potente strumento di ultima generazione – frutto di una grande collaborazione tra nove paesi europei – ha permesso agli studiosi di “andare indietro nel tempo” fino a più di 100 milioni di anni fa e ricostruire l’attività del buco nero al centro di Nest200047.
«Le nostre osservazioni mostrano come queste bolle di gas accelerate dal buco nero si espandono e si trasformano nel tempo, creando spettacolari strutture a forma di fungo, anelli e filamenti, simili a quelle create da una potente eruzione vulcanica sulla terra», dice Marisa Brienza, ricercatrice del Dipartimento di fisica e astronomia “Augusto Righi” dell’Università di Bologna e associata Inaf, prima autrice dello studio.
Bolle di particelle
Al centro di tutte le galassie dell’universo c’è un buco nero supermassivo (con una massa pari a diversi milioni di masse solari), la cui attività ha un impatto fondamentale sull’evoluzione della galassia che lo ospita e l’ambiente intergalattico in cui essa si trova. Da diversi anni gli studiosi cercano di capire in che modo e con quali tempistiche l’azione di questi buchi neri faccia sentire i suoi effetti.
Durante le fasi di attività, il buco nero divora il materiale circostante e in questo processo rilascia una grande quantità di energia, a volte anche in forma di getti di particelle che si muovono alla velocità della luce ed emettono onde radio. Questi getti generano delle bolle di particelle e campi magnetici che espandendosi sono in grado di riscaldare e spostare il mezzo intergalattico che li circonda, influenzando enormemente la sua evoluzione e quindi il ritmo con cui si formano le stelle.
I risultati ottenuti da questo nuovo studio mostrano ora che l’attività del buco nero ha un forte impatto anche su scale cento volte più grandi della galassia ospite e che può durare fino a centinaia di milioni di anni.
«Grazie alle osservazioni effettuate con LoFar, siamo riusciti ad ottenere uno sguardo unico sull’attività dei buchi neri e sull’effetto che hanno nell’ambiente circostante», spiega Annalisa Bonafede, professoressa dell’Università di Bologna e associata Inaf, tra gli autori dello studio. «Il caso del sistema Nest200047 mostra come il ruolo dei campi magnetici e delle particelle accelerate dal buco nero e poi invecchiate sia centrale nel trasferire energia fino alle regioni più esterne dei gruppi di galassie».
Per questo studio, i ricercatori hanno anche sfruttato osservazioni in banda X ottenute utilizzando il nuovo telescopio eRosita a bordo dell’osservatorio spaziale Srg. I dati in banda X hanno permesso ai ricercatori di studiare le caratteristiche del mezzo intergalattico che circonda le bolle di gas.
Filamenti di gas
Un’ulteriore sorpresa emersa da queste osservazioni è stata la scoperta di sottili filamenti di gas che si muove a velocità prossime a quella della luce e campi magnetici che si estendono fino ad un milione di anni luce.
I ricercatori ritengono che questi filamenti siano ciò che rimane delle prime bolle prodotte centinaia di milioni di anni fa dal buco nero al centro di Nest200047 e che si stanno ora frantumando mescolandosi al mezzo intergalattico. Lo studio di queste strutture in futuro svelerà nuovi importanti dettagli sulle proprietà fisiche della materia intergalattica e sul meccanismo fisico che regola il trasferimento di energia dalle bolle all’ambiente esterno.
«In futuro sarà possibile andare a studiare gli effetti dei buchi neri nelle galassie e nel mezzo intergalattico con ancora maggior dettaglio, svelando la natura dei filamenti che abbiamo scoperto, grazie alla risoluzione angolare raggiungibile da LoFar combinando i dati delle antenne LoFar internazionali», aggiunge Gianfranco Brunetti, astrofisico dell’Inaf di Bologna, coordinatore italiano della collaborazione LoFar e coautore dello studio.
Per saperne di più:
- Leggi su Nature Astronomy l’articolo “A snapshot of the oldest active galactic nuclei feedback phases”, di M. Brienza , T. W. Shimwell , F. de Gasperin, I. Bikmaev, A. Bonafede , A. Botteon , M. Brüggen, G. Brunetti, R. Burenin, A. Capetti , E. Churazov , M. J. Hardcastle , I. Khabibullin, N. Lyskova , H. J. A. Röttgering , R. Sunyaev, R. J. van Weeren , F. Gastaldello , S. Mandal, S. J. D. Purser, A. Simionescu e C. Tasse