Sacche di resistenza attorno al buco nero

Situato sull’altopiano di Chajnantor, a un’altezza di 5000 metri, ALMA è attualmente il più potente telescopio per lo studio dell’Universo nella banda millimetrica e sub-millimetrica. Crediti: ESO/C. Malin

Utilizzando la schiera di radiotelescopi ALMA (Atacama Large Millimeter / submillimeter Array) in Cile, un gruppo di astronomi ha scoperto delle sacche di molecole organiche in prossimità del buco nero supermassiccio al centro della galassia NGC 1068, più nota agli appassionati come M77, a 47 milioni di anni luce da noi nella Costellazione della Balena. Contrariamente alle aspettative, queste nuvole di molecole organiche non vengono distrutte dalle intense radiazioni – in raggi X e ultravioletto – che usualmente permeano l’ambiente circostante i buchi neri supermassicci.

Secondo il team di ricerca, guidato da Shuro Takano dell’Osservatorio Astronomico Nazionale del Giappone (NAOJ) assieme a Taku Nakajima dell’Università di Nagoya, è come se le molecole organiche si trovassero in zone di calma relativa vicino all’occhio del ciclone, probabilmente difese da un scudo particolarmente denso di gas e polveri che filtra le radiazioni altrimenti letali.

Il gas interstellare contiene una grande varietà di molecole, differenziate a seconda dell’ambiente in cui vengono generate. Ad esempio, le roventi regioni di formazione stellare producono molecole diverse rispetto a quelle rintracciabili in regioni interstellari fredde. Ciò consente agli scienziati di dedurre la temperatura e la densità di alcune regioni galattiche studiando la loro composizione chimica. Di particolare interesse sono i dischi di accrescimento, gli anelli di materia che ricadono a spirale sul buco nero per alimentarlo. Queste regioni sono importanti per comprendere l’evoluzione delle galassie, ma le osservazioni sono spesso difficili.

Grazie alla potenza di ALMA, il team di Takano è riuscito a captare le deboli emissioni radio delle molecole presenti in M77. Questa galassia è noto per possedere un buco nero centrale che si sta alimentando voracemente da un pantagruelico disco circumnucleare. Disco che, a sua volta, è circondata da una zona ad anello di formazione stellare che si estende per 3.500 anni luce. Le nuove osservazioni di ALMA hanno mostrato chiaramente la distribuzione di nove tipi di molecole nel disco di accrescimento e nell’anello circostante.

La parte centrale della galassia NGC 1068 (M77) osservata da ALMA e dallo Hubble Space Telescope. In giallo: cianoacetilene (HC3N), in rosso: monosolfuro di carbonio (CS), in blu: monossido di carbonio (CO), rilevati da ALMA. Mentre HC3N si trova principalmente nella parte centrale della galassia, CO è prevalentemente distribuito nell’anello di formazione stellare, mentre CS si trova in entrambe le zone. Crediti: ALMA(ESO/NAOJ/NRAO), S. Takano et al., NASA/ESA Hubble Space Telescope and A. van der Hoeven

La parte centrale della galassia NGC 1068 (M77) osservata da ALMA e (a destra) dallo Hubble Space Telescope. In giallo: cianoacetilene (HC3N), in rosso: monosolfuro di carbonio (CS), in blu: monossido di carbonio (CO), rilevati da ALMA. Mentre HC3N si trova principalmente nella parte centrale della galassia, CO è prevalentemente distribuito nell’anello di formazione stellare, mentre CS si trova in entrambe le zone.
Crediti: ALMA(ESO/NAOJ/NRAO), S. Takano et al., NASA/ESA Hubble Space Telescope and A. van der Hoeven

«In questa osservazione, abbiamo utilizzato solo 16 antenne, che sono circa un quarto del numero complessivo di antenne di cui dispone ALMA, ma è stato davvero sorprendente poter ottenere molte mappe di distribuzione molecolare in meno di due ore. Non abbiamo mai ottenuto una tale quantità di mappe in una singola osservazione», ha detto Takano.

I risultati rivelano che la distribuzione molecolare varia a seconda del tipo di molecola. Contrariamente alle aspettative, in quanto i loro legami atomici sarebbero facilmente spezzati dalla radiazioni X e UV, le molecole organiche complesse si trovano abbondanti nel disco di accrescimento, molto meno nella regione di formazione stellare circostante.

«E’ stato abbastanza inaspettato trovare che molecole complesse con un gran numero di atomi, come acetonitrile e cianoacetilene, sono concentrate attorno al disco di accrescimento del buco nero», ha detto Nakajima.

Il gruppo di ricerca ipotizza che le molecole organiche rimangano intatte nel disco circumnucleare a causa della grande quantità di gas lì presente, che agisce come una barriera per i raggi X e UV, mentre non riescono a sopravvivere alla forte esposizione ai fotoni UV nella circostante regione di formazione stellare, in cui la densità del gas è relativamente bassa.

«ALMA ha proiettato l’astrochimica in una nuova era», ha commentato infine Eric Herbst, dell’Università della Virginia e membro del team di ricerca. «Rilevare e tracciare la distribuzione delle molecole in tutto il cosmo ci permette di conoscere tanto in più su aree altrimenti nascoste, proprio come le regioni che circondano il buco nero in M77».

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