ALMA: nuovi risultati sui getti da Buchi Neri Supermassicci

Un’immagine composita di NGC 1433 ottenuta da ALMA e da Hubble Space Telescope. Crediti: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/NASA/ESA/F. Combes. Disponibile su: http://www.almaobservatory.org/en/visuals/images/main.php?g2_itemId=5633

Due team internazionali di astronomi hanno utilizzato il potente Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) per concentrarsi sui getti dai potenti buchi neri al centro delle galassie per osservare come questi siano in grado di modificare l’ambiente circostante. I due gruppi di ricercatori hanno ottenuto la visione migliore del gas molecolare attorno ad un vicino e quiescente buco nero e catturato uno scorcio inatteso della base un potente getto vicino ad un lontano buco nero.

Questi buchi neri sono definiti buchi neri supermassicci in quanto presentano masse che raggiungono parecchie miliardi di volte quella solare e si trovano nel centro (o nucleo) di quasi tutte le galassie osservate, tra cui anche la nostra (di cui sono stati misurati anche i moti delle stelle nelle sue vicinanze). Nel passato lontano questi oggetti alquanto “bizzarri” sono stati piuttosto attivi, ingoiando enormi quantità di materia che si trovava nelle loro vicinanze, brillando con una luce guizzante con l’espulsione di piccole quantità di questa materia sotto forma di potenti getti. Nell’Universo attuale la maggior parte dei buchi neri supermassicci è meno attiva di quanto lo erano in un’età più primitiva (utilizzando un concetto umano, potremmo definirla nella loro fase di “gioventù”) ma l’interazione tra getti e ambiente sta ancora influenzando l’evoluzione delle galassie.

I due nuovi studi, entrambi pubblicati nella rivista Astronomy and Astrophysics (A&A), con l’utilizzo di ALMA mostrano i getti del buco nero a differenti scale: un buco nero vicino e relativamente quiescente nella galassia NGC 1433 e in un oggetto distante e attivo denominato PKS 1830-211.

“ALMA ha rivelato una sorprendente struttura a spirale nel gas molecolare vicino al centro di NGC 1433″ ha affermato Françoise Combes dell’Observatoire de Paris, Francia, primo autore dell’articolo. “Questo spiega come il materiale stia fluendo per alimentare il buco nero. Con queste potenti e nuove osservazioni da ALMA abbiamo scoperto un getto di materiale che si allontana dal buco neo e che si estende per solo 150 anni luce. Questo è il più piccolo flusso di molecole verso l’esterno osservato finora in una galassia esterna”.

La scoperta di questo flusso in uscita che viene trascinato dal getto del buco nero centrale, mostra come questi getti possano bloccare la formazione stellae e regolare la crescita dei rigonfiamenti centrali (o bulge) delle galassie” [1].

In PKS 1830-211, Ivan Martí-Vidal del Chalmers University of Technology, Onsala Space Observatory, Onsala, Svezia, e il suo team hanno pure osservato un buco nero supermassiccio con un getto un po’ più attivo e luminoso di quelli nel vicino Universo [2]. E’ piuttosto insolito pechè, in questo caso, la luce emessa da questo buco nero supermassiccio brillante attraversa una galassia massiccia che si trova a metà strada tra la galassia che ospita il buco nero, PKS 1830-211, e la nostra, e viene a splittare tale luce in due immagini grazie all’effetto della lente gravitazionale [3].

Di tanto in tanto i buchi neri supermassicci ingoiano improvvisamente un’enorme quantità di massa [4] che aumenta il potere del getto e alimenta la radiazione fino ad energie estremamente elevate. Ora ALMA ha, per caso, catturato uno di questi eventi, proprio in PKS 1830-211.

“L’osservazione di ALMA di questo caso di indigestione da parte di un buco nero è completamente fortuita. Stavamo osservando PKS 1830-211 per un altro scopo; abbiamo individuato sottili cambiamenti di colore e intensità tra le immagini della lente gravitazionale. Uno sguardo più attento a questo comportamento imprevisto ha portato alla conclusione che stavamo osservando, solo per un caso molto fortunato, proprio il momento in cui del nuovo materiale fresco entrava dentro la base del getto del buco nero” ha affermato Sebastien Muller, uno degli autori del secondo paper.

Il team ha cercato di osservare se questo evento violento fosse stato catturato anche da altri telescopi; con sorpresa hanno trovato un segnale davvero chiaro nei raggi gamma, grazie alle osservazioni di monitoraggio con il Fermi Gamma-ray Space Telescope della NASA. Il processo che ha prodotto l’aumento della radiazione a lunghezze d’onda lunghe di ALMA è stato anche responsabile dell’incremento drammatico della luce nel getto, fino a valori energia tra i più grandi nell’Universo [5].

“Questa è la prima volta che viene a stabilirsi una chiara connessione tra i raggi gamma e le onde radio submillimetriche che provengono dalla vera base del getto del buco nero” ha aggiunto Sebastien Muller.

Le due nuove osservazioni sono solo l’inizio delle indagini di ALMA sul funzionamento dei getti da buchi neri supermassicci, vicini e lontani. Il team di Combes sta già studiando altre galassie attive vicine con ALMA e l’oggetto singolare PKS 1830-211 dovrebbe essere al centro di molte ricerche future con ALMA e con altri telescopi.

“C’è ancora molto da imparare su come i buchi neri siano in grado di creare questi enormi getti energetici di materia e radiazione” ha affermato Ivan Marti-Vidal. “Ma i nuovi risultati, ottenuti anche prima che ALMA fosse completato, dimostrano che ALMA è un unico potente strumento per sondare questi getti, e le scoperte sono solo all’inizio!”.

NOTE

[1] Questo processo, denominato feedback, potrebbe spiegare la relazione poco nota tra la massa di un buco nero al centro di una galassia e la massa del bulge circostante. Il buco nero si accresce catturando gas e diventando sempre più attivo; inoltre, produce getti di gas dalle regioni circostanti che bloccano la formazione stellare.

[2] PKS 1830-211 ha un redshift di 2,5 il che significa che la sua luce deve viaggiare per circa 11 miliardi di anni prima di arrivare fino a noi. La luce che vediamo è stata emessa qundo l’Universo aveva solo il 20% dell’età attuale. Per confronto la luce di NGC 1433 impiega solo 30 milioni di anni per arrivare fino alla Terra, un tempo estremamente piccolo su scala cosmica.

[3] La teoria della relatività generale di Einstein prevede che i raggi di luce vengano deviati quando passano un oggetto massiccio come una galassia. Questo effetto è chiamato lente gravitazionale e, a partire dalla prima di queste scoperte compiute nel 1979, ne sono state osservate numerose altre. La lente in grado di creare immagini multiple oltre a distorcere e amplificare le sorgenti di luce di sfondo.

[4] Il materiale che cade dentro potrebbe essere una stella o una nube molecolare. Tale nube che cade dentro è stata osservata al centro della Via Lattea.

[5] Questa energia viene emessa sotto forma di raggi gamma, che rappresentano la lunghezza d’onda più breve oltre che la più alta forma di energia della radiazione elettromagnetica.

L’ Atacama Large Millimeter / submillimeter Array ( ALMA ), facility internazionale di carattere astronomico, è una patnership tra Europa, Nord America e Asia orientale, in collaborazione con la Repubblica del Cile. ALMA è finanziata in Europa dall’European Southern Observatory (ESO) , in Nord America dalla US National Science Foundation (NSF), in collaborazione con il Consiglio Nazionale delle Ricerche del Canada (NRC) e il National Science Council di Taiwan (NSC) e nell’Asia Orientale dal National Institutes di Scienze Naturali (NINS) del Giappone in collaborazione con l’ Academia Sinica (AS) a Taiwan. La costruzione e la gestione di ALMA sono condotte dall’ ESO per conto dell’Europa, per il Nord America dal National Radio Astronomy Observatory (NRAO), che è gestito da Associated Universities , Inc. ( AUI) e per l’Asia Orietale dalla National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). Il Joint ALMA Observatory (JAO) guida e gestisce e la costruzione, la messa in servizio e il funzionamento di ALMA .

Questo progetto di ricerca è stato presentato in due paper:
“ALMA observations of feeding and feedback in nearby Seyfert galaxies: an AGN-driven outflow in NGC1433″, di F. Combes et al.
e
“Probing the jet base of the blazar PKS 1830-211 from the chromatic variability of its lensed images: Serendipitous ALMA observations of a strong gamma-ray flare”, di I. Martí-Vidal et al.
Entrambi i paper sono stati pubblicati su Astronomy & Astrophysics.

Il primo team è formato da F. Combes (Observatoire de Paris, France), S. García-Burillo (Observatorio de Madrid, Spain), V. Casasola (INAF–Istituto di Radioastronomia, Bologna, Italia), L. Hunt (INAF–Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Firenze, Italia), M. Krips (IRAM, Saint Martin d’Hère, Francia), A. J. Baker (Rutgers, the State University of New Jersey, Piscataway, USA), F. Boone (CNRS, IRAP, Toulouse, Francia), A. Eckart (Universität zu Köln, Germania), I. Marquez (Instituto de Astrofísica de Andalucía, Granada, Spagna), R. Neri (IRAM), E. Schinnerer (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Germania) e L. J. Tacconi (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching bei München, Germania).

Il secondo team è formato da I. Martí-Vidal (Chalmers University of Technology, Onsala Space Observatory, Onsala, Svezia), S. Muller (Onsala), F. Combes (Observatoire de Paris, Francia), S. Aalto (Onsala), A. Beelen (Institut d’Astrophysique Spatiale, Université Paris-Sud, Francia), J. Darling (University of Colorado, Boulder, USA), M. Guélin (IRAM, Saint Martin d’Hère, Francia; Ecole Normale Supérieure/LERMA, Paris, Francia), C. Henkel (Max-Planck-Institut für Radioastronomie [MPIfR], Bonn, Germania; King Abdulaziz University, Jeddah, Arabia Saudita), C. Horellou (Onsala), J. M. Marcaide (Universitat de València, Spagna), S. Martín (ESO, Santiago, Cile), K. M. Menten (MPIfR), Dinh-V-Trung (Vietnam Academy of Science and Technology, Hanoi, Vietnam) e M. Zwaan (ESO, Garching, Germania).

Fonte sito web ALMA: ALMA Probes Mysteries of Jets from Giant Black Holes – http://www.almaobservatory.org/en/press-room/press-releases/644-alma-probes-mysteries-of-jets-from-giant-black-holes .

Sabrina