21 Ott 2021 Buchi Neri come Vulcani Attivi
Un nuovo studio condotto da ricercatori dell’Istituto nazionale di astrofisica e dell’Università di Bologna dimostra che i buchi neri supermassicci hanno effetti sconvolgenti non soltanto nella galassia che li ospita, ma anche a distanze ben più ampie, nel mezzo intergalattico. Il team ha osservato per la prima volta l’evoluzione nel tempo del gas caldo derivante dall’attività eruttiva di un buco nero supermassiccio nello spazio circostante: le strutture ricordano un’eruzione vulcanica cosmica, in grado di espellere “fumi” e polveri a centinaia di migliaia di anni luce di distanza, nel corso di centinaia di milioni di anni.
Lo studio, pubblicato su Nature Astronomy, è incentrato sul sistema Nest200047, un gruppo di circa 20 galassie situate a circa 200 milioni di anni luce da noi. La galassia centrale del sistema ospita un buco nero attivo, attorno al quale, per un’estensione di centinaia di migliaia di anni luce, sono osservabili molteplici bolle gassose di età differente, colossali filamenti immersi in campi magnetici e flussi di particelle in moto a velocità relativistiche. Le osservazioni sono state possibili grazie al radiotelescopio LOFAR (LOw Frequency ARray), in grado di intercettare la radiazione prodotta dalle particelle più antiche attualmente rilevabili nella regione. Questa capacità del radiotelescopio ha permesso ai ricercatori di “tornare indietro nel tempo”, fino a oltre 100 milioni di anni fa, e di ripercorrere l’attività passata del buco nero annidato al centro di Nest200047.
Nell’immagine le strutture composte da gas caldo individuate dal team Credit: Università di Bologna
“In futuro saremo in grado di studiare gli effetti dei buchi neri sulle galassie e sul mezzo intergalattico con dettaglio sempre maggiore. Alla fine potremo svelare la natura dei filamenti che abbiamo scoperto grazie alla risoluzione angolare di LOFAR combinata con i dati delle antenne LOFAR internazionali”, aggiunge Gianfranco Brunetti dell’INAF, coordinatore italiano della collaborazione LOFAR e coautore dello studio.
Parte del materiale che vortica attorno ad un buco nero attivo non precipita al di là dell’orizzonte degli eventi, ma viene accelerato a velocità estreme ed espulso sotto forma di getti che si dirigono in opposte direzioni. Sembra che questo materiale espulso si espanda sotto forma di bolle di gas e filamenti che possono arrivare ad estendersi per sorprendenti distanze dal buco nero. Le bolle di gas caldo finiscono nello spazio tra le galassie e possono influenzare negativamente la capacità di formare nuove stelle delle galassie stesse. Se le riserve di gas da cui potrebbero nascere nuove stelle sono troppo calde, le stelle cessano di formarsi e le galassie vanno gradualmente a morire, soffocate in un certo senso dai gas riscaldati dai buchi neri supermassicci al loro centro.
“La nostra ricerca dimostra che queste bolle gassose accelerate dal buco nero si stanno espandendo e trasformando nel tempo. Di conseguenza creano strutture spettacolari a forma di fungo, anelli e filamenti simili a quelli che si originano da una potente eruzione vulcanica sulla Terra”, afferma Marisa Brienza dell’Università di Bologna e dell’INAF, a guida dello studio. Nel cuore di gran parte delle grandi galassie si annida un buco nero supermassiccio, la cui attività ha un impatto fondamentale sull’evoluzione dell’ambiente circostante. Quando si trovano in fase attiva, i buchi neri consumano qualsiasi cosa li circondi e, durante il processo, rilasciano immense quantità di energia. Talora questa energia proviene da flussi di particelle che si muovono a velocità prossime a quella della luce e producono onde radio.
Simili flussi generano bolle di particelle e campi magnetici che, durante il processo di espansione, possono riscaldare e smuovere il materiale circostante fino ad enormi distanze. Il processo ha un’influenza sconvolgente sull’evoluzione del mezzo intergalattico e, di conseguenza, sul tasso di formazione stellare nella regione interessata. Lo studio dimostra che i buchi neri attivi possono avere effetti dirompenti su scale temporali di varie centinaia di milioni di anni e su regioni dello spazio immense, anche cento volte più estese rispetto alla galassia che li ospita. “LOFAR ci ha garantito una visione unica dell’attività dei buchi neri e della loro influenza sull’ambiente circostante”, afferma Annalisa Bonafede, tra gli autori dello studio. “Le nostre osservazioni di Nest200047, fondamentalmente, dimostrano come i campi magnetici e le particelle accelerate dai buchi neri in tempi più antichi giochino un ruolo centrale nel trasferimento di energia verso le regioni esterne dei raggruppamenti di galassie”.
Ulteriori osservazioni in banda X della regione, effettuate tramite il telescopio eROSITA, hanno permesso ai ricercatori di studiare con maggiore accuratezza le caratteristiche del mezzo intergalattico circostante le bolle gassose. La regione osservata ha riservato al team un’ulteriore sorpresa: sottili filamenti di gas che si allungano anche per un milione di anni luce e sono composti da particelle in moto relativistico. Secondo il team questi detriti filamentosi rappresentano i residui delle bolle che il buco nero ha prodotto centinaia di milioni di anni fa e che ora si stanno diffondendo e mescolando con il materiale intergalattico. Si ritiene che lo studio di queste strutture contribuirà a rivelare nuove e fondamentali informazioni sulle caratteristiche fisiche del materiale presente tra le galassie e sui meccanismi che regolano il trasferimento di energia tra le bolle e l’ambiente esterno.
Nell’immagine gas caldo proveniente dai dintorni del buco nero supermassiccio al centro del sistema
Credit: Università di Bologna
https://phys.org/news/2021-10-volcanic-memories-black-holes-intergalactic.html
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