Questa immagine composita mostra potenti getti radio dal buco nero supermassiccio al centro di una galassia nell'ammasso Phoenix che gonfiano enormi "bolle" nel caldo, gas ionizzato che circonda la galassia. Le cavità all'interno della regione blu sono state riprese dall'osservatorio a raggi X Chandra della NASA. Abbracciando l'esterno di queste bolle, ALMA ha scoperto un inaspettato tesoro di gas freddo, il carburante per la formazione stellare (rosso). L'immagine di sfondo proviene dal telescopio spaziale Hubble. Credito:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) H.Russell, et al.; Hubble NASA/ESA; NASA/CXC/MIT/M.McDonald et al.; B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)
L'ammasso Phoenix è un enorme accumulo di circa 1, 000 galassie, situato a 5,7 miliardi di anni luce dalla Terra. Al suo centro si trova un'enorme galassia, che sembra sputare stelle a una velocità di circa 1, 000 all'anno. La maggior parte delle altre galassie nell'universo sono molto meno produttive, emettendo solo poche stelle ogni anno, e gli scienziati si sono chiesti cosa abbia alimentato l'estrema produzione stellare dell'ammasso Phoenix.
Ora scienziati del MIT, l'Università di Cambridge, e altrove potrebbe avere una risposta. In un articolo pubblicato oggi su Giornale Astrofisico , il team riferisce di aver osservato getti di calore, Gas a 10 milioni di gradi che esplode dal buco nero della galassia centrale e fa esplodere grandi bolle nel plasma circostante.
Questi getti normalmente agiscono per estinguere la formazione stellare espellendo gas freddo, il principale carburante che una galassia consuma per generare stelle. Però, i ricercatori hanno scoperto che i getti caldi e le bolle che emanano dal centro dell'ammasso Phoenix possono anche avere l'effetto opposto della produzione di gas freddo, che a sua volta piove sulla galassia, alimentando ulteriori starburst. Ciò suggerisce che il buco nero ha trovato un modo per riciclare parte del suo gas caldo come freddo, carburante per la creazione di stelle.
"Abbiamo pensato che il ruolo dei getti e delle bolle dei buchi neri fosse quello di regolare la formazione stellare e impedire che si verificasse il raffreddamento, "dice Michael McDonald, assistente professore di fisica presso il Kavli Institute for Astrophysics and Space Research del MIT. "Pensavamo che fossero pony one-trick, ma ora vediamo che possono effettivamente aiutare il raffreddamento, e non è un quadro così tagliato e secco."
Le nuove scoperte aiutano a spiegare l'eccezionale potere di produzione di stelle dell'ammasso Phoenix. Potrebbero anche fornire nuove informazioni su come i buchi neri supermassicci e le loro galassie ospiti crescono ed evolvono reciprocamente.
I coautori di McDonald's includono l'autore principale Helen Russell, un astronomo all'Università di Cambridge; e altri dell'Università di Waterloo, il Centro di Astrofisica di Harvard-Smithsonian, l'Università dell'Illinois, e altrove.
Un'immagine ALMA di gas molecolare freddo nel cuore dell'ammasso Phoenix. I filamenti che si estendono dal centro abbracciano enormi bolle radio create dai getti di un buco nero supermassiccio. Questa scoperta getta luce sulla complessa relazione tra un buco nero supermassiccio e la sua galassia ospite. Attestazione:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), H. Russell et al.; B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)
getti caldi, filamenti freddi
Il team ha analizzato le osservazioni dell'ammasso Phoenix raccolte dall'Atacama Large Millimeter Array (ALMA), una collezione di 66 grandi radiotelescopi sparsi nel deserto del Cile settentrionale. Nel 2015, il gruppo ha ottenuto il permesso di dirigere i telescopi sull'ammasso Phoenix per misurare le sue emissioni radio e per rilevare e mappare segni di gas freddo.
I ricercatori hanno esaminato i dati alla ricerca di segnali di monossido di carbonio, un gas che è presente ovunque ci sia idrogeno freddo. Hanno quindi convertito le emissioni di monossido di carbonio in gas idrogeno, per generare una mappa del gas freddo vicino al centro dell'ammasso Phoenix. L'immagine risultante è stata una sorpresa sconcertante.
"Ti aspetteresti di vedere un nodo di gas freddo al centro, dove avviene la formazione stellare, " dice McDonald. "Ma abbiamo visto questi filamenti giganti di gas freddo che si estendono per 20, 000 anni luce dal buco nero centrale, oltre la galassia centrale stessa. È bello da vedere".
Questa è un'impressione artistica della galassia al centro dell'ammasso della Fenice. Potenti getti radio dal buco nero supermassiccio al centro della galassia stanno creando bolle radio giganti (blu) nel gas ionizzato che circonda la galassia. ALMA ha rilevato gas molecolare freddo (rosso) che avvolge l'esterno delle bolle. Questo materiale potrebbe eventualmente cadere nella galassia dove potrebbe alimentare la futura nascita di stelle e alimentare il buco nero supermassiccio. Credito:B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)
Il team aveva precedentemente utilizzato l'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA per mappare il gas caldo dell'ammasso. Queste osservazioni hanno prodotto un'immagine in cui potenti getti sono usciti dal buco nero a una velocità prossima a quella della luce. Più lontano, i ricercatori hanno visto che i getti gonfiavano bolle giganti nel gas caldo.
Quando il team ha sovrapposto la sua immagine del gas freddo dell'ammasso Phoenix alla mappa del gas caldo, trovarono una "perfetta corrispondenza spaziale":i lunghi filamenti di gelido, Il gas a 10 kelvin sembrava essere drappeggiato sulle bolle di gas caldo.
"Questa potrebbe essere la migliore immagine che abbiamo dei buchi neri che influenzano il gas freddo, "dice McDonald.
Nutrire il buco nero
Quello che i ricercatori credono stia accadendo è che, mentre il getto gonfia bolle di caldo, Gas a 10 milioni di gradi vicino al buco nero, si trascinano dietro una scia leggermente più fresca, Gas da 1 milione di gradi. Le bolle alla fine si staccano dai getti e galleggiano più lontano nell'ammasso di galassie, dove si raffredda la scia di gas di ogni bolla, formando lunghi filamenti di gas estremamente freddo che si condensano e piovono sul buco nero come combustibile per la formazione stellare.
"È un'idea molto nuova che le bolle e i getti possano effettivamente influenzare la distribuzione del gas freddo in qualsiasi modo, "dice McDonald.
Gli scienziati hanno stimato che c'è abbastanza gas freddo vicino al centro dell'ammasso di Phoenix per continuare a produrre stelle a un ritmo elevato per altri 30-40 milioni di anni. Ora che i ricercatori hanno identificato un nuovo meccanismo di feedback che potrebbe fornire al buco nero ancora più gas freddo, la produzione stellare dell'ammasso potrebbe continuare per molto più tempo.
"Finché c'è gas freddo che lo alimenta, il buco nero continuerà a eruttare questi getti, " dice McDonald. "Ma ora abbiamo scoperto che questi jet producono più cibo, o gas freddo. Quindi sei in questo ciclo che, in teoria, potrebbe andare avanti per molto tempo».
Sospetta che il motivo per cui il buco nero è in grado di generare carburante da solo potrebbe avere qualcosa a che fare con le sue dimensioni. Se il buco nero è relativamente piccolo, può produrre getti troppo deboli per far saltare completamente il gas freddo lontano dal cluster.
"In questo momento [il buco nero] potrebbe essere piuttosto piccolo, e sarebbe come mettere un civile sul ring con Mike Tyson, " McDonald dice. "Non è all'altezza del compito di soffiare questo gas freddo abbastanza lontano da non tornare mai più".
Il team spera di determinare la massa del buco nero, oltre a identificare altri, creatori di stelle altrettanto estremi nell'universo.
Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.
