L’universo ospita galassie caratterizzate da una formazione stellare frenetica, note come galassie starburst, le quali generano potenti venti galattici capaci di influenzare la crescita delle galassie stesse e di arricchire lo spazio circostante. Una recente e fondamentale ricerca, pubblicata oggi sulla rivista scientifica Nature dalla collaborazione internazionale XRISM (X-ray Imaging and Spectroscopy Mission), ha gettato nuova luce sui meccanismi energetici che alimentano questi fenomeni. Grazie all’utilizzo dello spettrometro ad alta risoluzione Resolve, i ricercatori sono riusciti a compiere quella che è considerata la prima misurazione diretta della velocità del gas caldo nel nucleo di una galassia starburst, prendendo come riferimento il celebre oggetto celeste M82, situato a circa 3,5 megaparsec dalla Terra. Questo studio ha permesso di determinare con precisione come l’energia prodotta dalle supernove non venga dispersa, ma organizzata in un flusso coerente e potente che modella il destino della materia galattica.
Un vento termico che sfida i limiti della gravità galattica
Il cuore della galassia M82 ospita un ambiente estremo dove la formazione stellare è stata particolarmente intensa circa cinque e dieci milioni di anni fa. In questa regione, i venti stellari veloci e le esplosioni di supernove convertono la loro energia cinetica in calore, creando quella che gli scienziati definiscono una zona di termalizzazione dove il gas raggiunge temperature comprese tra dieci e cento milioni di gradi Kelvin. Le osservazioni condotte con lo strumento Resolve hanno identificato un plasma caldissimo a una temperatura di circa 23 milioni di gradi Kelvin che si muove a velocità straordinarie. La dispersione di velocità misurata lungo la linea di vista è pari a circa 595 chilometri al secondo, il che suggerisce una velocità di espulsione tridimensionale di circa 1030 chilometri al secondo. Questo valore è significativamente superiore alla velocità di fuga galattica, stimata in circa 450 chilometri al secondo, confermando che questo gas caldo ha l’energia necessaria per abbandonare definitivamente la galassia e disperdersi nel mezzo intergalattico.
L’efficienza energetica delle supernove nel cuore galattico
Uno degli aspetti più sorprendenti emersi dallo studio riguarda l’efficienza con cui l’energia delle supernove viene utilizzata per alimentare il vento galattico. I dati raccolti indicano che il tasso di perdita di massa dal nucleo è di circa 7 masse solari all’anno, con un tasso di deflusso energetico pari a circa 4 x 10 alla 42 erg al secondo. Analizzando la frequenza delle supernove nella galassia M82, stimata in circa una ogni dieci anni, i ricercatori hanno calcolato che quasi il 100% dell’energia generata da queste esplosioni stellari viene convertita in calore e movimento del vento caldo. Questo processo di termalizzazione quasi totale dimostra che la pressione termica del gas è sufficiente, da sola, a spiegare la potenza dei deflussi multifase osservati, senza che sia necessario invocare il supporto aggiuntivo di altre forme di feedback energetico come i raggi cosmici. In pratica, la quasi totalità della potenza prodotta dalle supernove viene consumata per spingere questo vento starburst verso l’esterno.
L’impatto sulla materia intergalattica e il ciclo dei barioni
Il vento caldo identificato da XRISM non agisce in isolamento, ma svolge un ruolo cruciale nel trasportare materia ed energia lontano dalla galassia. Lo studio dimostra che questo flusso di gas a milioni di gradi possiede energia sufficiente non solo per sostenere se stesso, ma anche per spingere le componenti più fredde del vento galattico, che includono gas molecolare, neutro e ionizzato. Si stima che circa il 40% del vento caldo, equivalente a circa 3 masse solari all’anno, riesca a raggiungere il mezzo intergalattico. Nel corso degli ultimi dieci milioni di anni, circa 30 milioni di masse solari di gas arricchito di metalli pesanti prodotti dalle stelle del nucleo potrebbero essere state espulse nello spazio profondo. Questo fenomeno rappresenta un esempio concreto di come le galassie starburst contribuiscano al riscaldamento chimico e fisico dell’universo su larga scala, partecipando attivamente al ciclo dei barioni che regola la distribuzione della materia ordinaria nel cosmo.
Oltre i modelli teorici verso una nuova comprensione astrofisica
I risultati ottenuti dalla collaborazione XRISM hanno permesso di testare i modelli teorici classici dei venti galattici, come il modello di vento libero di Chevalier e Clegg. Sebbene questi modelli riescano a riprodurre correttamente la temperatura misurata del gas, essi tendono a sottostimare la velocità effettiva osservata nel nucleo di M82. Questa discrepanza suggerisce che la complessa geometria del nucleo, caratterizzata da un toro molecolare che funge da ugello naturale per il vento, e i fenomeni di miscelazione dei gas su piccola scala giochino un ruolo più determinante di quanto ipotizzato in precedenza. L’era della spettroscopia X ad alta risoluzione inaugurata da missioni come XRISM sta aprendo una nuova finestra sulla comprensione delle fasi più calde dei venti galattici, permettendo agli astronomi di misurare con precisione la massa e l’energia associate a questi fenomeni estremi e di affinare la nostra visione di come le galassie interagiscono con l’ambiente circostante.