Immagine composita dell'ammasso di galassie Abell 2597 che mostra il flusso di gas simile a una fontana alimentato dal buco nero supermassiccio nella galassia centrale. Il giallo è il dato ALMA del gas freddo. Il rosso sono i dati del Very Large Telescope che mostrano il gas idrogeno caldo nella stessa regione. Il viola esteso è il caldo esteso, gas ionizzato come ripreso dall'Osservatorio a raggi X Chandra. Attestazione:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), tremblay et al .; NRAO/AUI/NSF, B. Saxton; NASA/Chandra; ESO/VLT
A un miliardo di anni luce dalla Terra si trova una delle strutture più massicce dell'universo, una gigantesca galassia ellittica circondata da un tentacolare ammasso di altre galassie noto come Abell 2597. Al centro della galassia centrale, un buco nero supermassiccio sta alimentando l'equivalente cosmico di una fontana monumentale, aspirando vaste riserve di gas molecolare freddo e spruzzandole di nuovo fuori in un ciclo continuo.
Gli astronomi hanno a lungo teorizzato che fontane come questa facciano ricircolare continuamente il combustibile di formazione stellare di una galassia. Le nuove osservazioni di Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) di Abell 2597 mostrano la prima prova chiara e convincente per l'afflusso e il deflusso simultaneo di gas guidato da un buco nero supermassiccio. I ricercatori riportano le loro osservazioni nell'ultimo numero del Giornale Astrofisico .
"Il buco nero supermassiccio al centro di questa galassia gigante si comporta come una 'pompa' meccanica in una fontana d'acqua, " ha detto Grant Tremblay, un astrofisico presso l'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics di Cambridge, Massachusetts, e autore principale della carta. "Questo è uno dei primi sistemi in cui troviamo prove evidenti sia dell'afflusso di gas molecolare freddo verso il buco nero che del deflusso o sollevamento dai getti lanciati dal buco nero".
Secondo i ricercatori, l'intero sistema funziona tramite un circuito di feedback autoregolante. Il materiale in caduta fornisce energia alla fontana mentre "drena" verso il buco nero centrale, come l'acqua che entra nella pompa di una fontana. Questo gas in caduta provoca quindi l'accensione del buco nero con l'attività, lanciando getti ad alta velocità di materiale surriscaldato che fuoriescono dalla galassia. Mentre viaggia, questo materiale spinge fuori grumi e stelle filanti di gas nell'ampio alone della galassia, dove alla fine torna a piovere sul buco nero, innescando nuovamente l'intero processo.
Rappresentazione artistica di Abell 2597 che mostra il buco nero supermassiccio centrale che espelle il freddo, gas molecolare, come la pompa di una gigantesca fontana galattica. Credito:NRAO/AUI/NSF; D. Berry
In totale, di questa fontana fanno parte circa tre miliardi di masse solari di gas molecolare, formando una nebulosa filamentosa che copre i 100 più interni, 000 anni luce della galassia.
In un precedente studio degli stessi autori pubblicato sulla rivista Nature, i ricercatori sono stati in grado di verificare l'interconnessione tra il buco nero e la fontana galattica osservando la regione attraverso una gamma di lunghezze d'onda, o porzioni dello spettro. Studiando la posizione e il movimento delle molecole di monossido di carbonio (CO) con ALMA, che brillano luminose nella luce di lunghezza d'onda millimetrica, i ricercatori potrebbero misurare il movimento del gas mentre cade verso il buco nero.
I dati precedenti del Multi-Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) sul Very Large Telescope (VLT) dell'ESO hanno rivelato caldo, gas ionizzato espulso dalla galassia, essenzialmente il pennacchio della fontana. Le nuove osservazioni di ALMA hanno trovato grumi di freddo, gas molecolare esattamente nelle stesse posizioni del gas caldo visto nelle osservazioni precedenti.
Immagine ALMA del gas molecolare freddo in Abell 2597. Credito:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), G.Tremblay et al.
"L'aspetto unico qui è un'analisi accoppiata molto dettagliata della fonte utilizzando i dati di ALMA e lo strumento MUSE. Le due strutture creano una combinazione incredibilmente potente, " ha detto Tremblay. "ALMA ha rivelato la distribuzione e i movimenti delle nuvole di gas molecolare freddo, e MUSE ha fatto lo stesso per il gas ionizzato caldo."
I dati ALMA e MUSE sono stati combinati con un nuovo, osservazione ultra-profonda dell'ammasso da parte dell'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA, rivelando la fase calda di questa fontana nei minimi dettagli, hanno notato i ricercatori.
Animazione dei dati MUSE H-alpha che mostrano le diverse velocità del materiale nella "fontana galattica". Credito:ESO; G.Tremblay et al.
Le osservazioni supportano anche in modo molto convincente l'ipotesi che le nebulose molecolari calde ionizzate e fredde siano una nella stessa cosa, con il caldo gas ionizzato che è semplicemente il "guscio" attorno ai freddi nuclei molecolari che si agitano all'interno di questa fontana su scala galattica.
Questo approccio multilunghezza d'onda offre un quadro insolitamente completo di questo sistema. "È come osservare la nuvola di pioggia, piovere, e pozzanghera tutto allo stesso tempo, " ha osservato Tremblay. Anche se questa è solo una osservazione di una galassia, gli astronomi ipotizzano che stiano osservando un processo comune nelle galassie e fondamentale per la loro evoluzione.
