Un antico e titanico vento galattico: ALMA scopre la prima gigantesca tempesta di buchi neri

Scoperto un vento galattico titanico, un segno rivelatore che i buchi neri hanno un profondo effetto sulla crescita delle galassie

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I ricercatori che utilizzano l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hanno scoperto un vento galattico titanico alimentato da un buco nero supermassiccio 13,1 miliardi di anni fa: è il primo esempio mai osservato di un tale vento fino ad oggi ed è un segno rivelatore che enormi buchi neri hanno un profondo effetto sulla crescita delle galassie fin dalle primissime fasi della storia dell’Universo.

Al centro di molte grandi galassie si nasconde un buco nero supermassiccio che è da milioni a miliardi di volte più massiccio del Sole. È interessante notare che la massa del buco nero è approssimativamente proporzionale alla massa della regione centrale (il rigonfiamento, o bulge) della galassia 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 differiscono di circa 10 ordini di grandezza. Basandosi su questa relazione proporzionale 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 (coevoluzione) attraverso un qualche tipo di interazione fisica.

Un vento galattico può fornire questo tipo di interazione fisica tra buchi neri e galassie. 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, emette un’energia intensa, che può spingere la materia circostante verso l’esterno. È così che si origina il vento galattico.

La domanda è: quando sono nati i venti galattici nell’Universo?” si chiede Takuma Izumi, l’autore principale dello studio e ricercatore presso l’Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone (NAOJ). “Questa è una domanda importante perché è correlata a un importante problema in astronomia: come si sono coevolute le galassie e i buchi neri supermassicci?

Il team di ricerca ha inizialmente utilizzato il telescopio Subaru del NAOJ per cercare buchi neri supermassicci: grazie alla sua capacità di osservazione ad ampio campo, hanno scoperto più di 100 galassie con buchi neri supermassicci nell’Universo più di 13 miliardi di anni fa.
In seguito, il team di ricerca ha utilizzato l’elevata sensibilità di ALMA per studiare il movimento del gas nelle galassie ospiti dei buchi neri. ALMA ha osservato la galassia HSC J124353.93+010038.5 (indicata come J1243+0100), scoperta dal telescopio Subaru, e ha catturato le onde radio emesse dalla polvere e dagli ioni carbonio nella galassia.

L’analisi dettagliata dei dati di ALMA ha rivelato che vi è un flusso di gas ad alta velocità che si muove a 500 km al secondo in J1243+0100: 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 rilevato in questo studio è realmente un vento galattico, ed è il più antico esempio osservato di una galassia con un enorme vento di dimensioni galattiche. Il precedente detentore del record era una galassia risalente a circa 13 miliardi di anni fa, quindi questa osservazione sposta l’inizio indietro di altri 100 milioni di anni.

Il team ha anche stimato la massa del rigonfiamento della galassia J1243+0100, circa 30 miliardi di volte quella del Sole, e la massa del suo buco nero supermassiccio, circa l’1% di quella galattica. Il rapporto di massa del rigonfiamento rispetto al buco nero supermassiccio in questa galassia è quasi identico al rapporto di massa dei buchi neri rispetto alle galassie nell’Universo moderno: ciò implica che la coevoluzione di buchi neri e galassie supermassicci 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“, ha commentato Izumi. “Stiamo pianificando di osservare un gran numero di tali oggetti in futuro e speriamo di scoprire se la coevoluzione primordiale vista in questo oggetto possa essere un’immagine accurata dell’Universo generale in quel momento“.