Gli astronomi hanno utilizzato l'Herschel Space Observatory dell'ESA per risolvere un mistero vecchio di decenni sull'origine di potenti venti di gas freddo nei caldi dintorni dei quasar. Le prove che collegano questi potenti venti alla formazione stellare nelle galassie ospiti dei quasar possono anche aiutare a risolvere il mistero del perché le dimensioni delle galassie nell'Universo sembrano essere limitate.

Dalla loro scoperta negli anni '60, i quasar hanno fornito un tesoro di domande a cui gli astronomi hanno risposto. Queste fonti energetiche, fino a 10.000 volte più luminose della Via Lattea, sono i nuclei di galassie lontane con buchi neri supermassicci al centro. Quando il gas viene trascinato in un disco di accrescimento verso il buco nero, si riscalda a temperature molto elevate e irradia energia attraverso lo spettro elettromagnetico dalla radio ai raggi X:in questo modo nasce la luminosità caratteristica del quasar.

Per cinque decenni, gli astronomi hanno studiato gli spettri dei quasar per scoprire l'origine della radiazione elettromagnetica che emettono e per tracciare il percorso che la luce ha percorso per raggiungerci.

Uno strumento prezioso per comprendere questo viaggio sono le righe di assorbimento negli spettri di radiazione dei quasar. Queste linee indicano gli intervalli di lunghezze d'onda che sono stati assorbiti mentre la radiazione viaggiava dalla sorgente all'osservatore, dando indizi sul materiale attraversato. Col tempo, lo studio di queste linee ha tracciato la composizione delle galassie e delle nubi di gas che si trovano tra noi e questi lontani oggetti luminosi, ma una serie di linee di assorbimento è rimasta inspiegabile.

Gli astronomi hanno osservato linee di assorbimento in molti quasar che sono indicative dell'assorbimento durante il percorso da parte di gas freddo con elementi di metalli pesanti come il carbonio, magnesio e silicio. Le linee segnalano che la luce ha viaggiato attraverso venti di gas freddo viaggiando a velocità di migliaia di chilometri al secondo all'interno delle galassie ospiti dei quasar. Mentre la conoscenza che questi venti esistono non è una novità sulla loro origine, e perché sono in grado di raggiungere velocità così impressionanti, è rimasto un'incognita.

Ora, l'astronomo Peter Barthel e il suo dottorando Pece Podigachoski, entrambi dal Groningen University Kapteyn Institute, insieme ai colleghi Belinda Wilkes dell'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (USA) e Martin Haas della Ruhr-Universität Bochum (Germania) hanno fatto luce sulle origini dei venti freddi. Utilizzando i dati ottenuti con l'Herschel Space Observatory dell'ESA, gli astronomi hanno dimostrato, per la prima volta, che la forza delle linee di assorbimento del metallo associate a questi misteriosi venti di gas è direttamente collegata al tasso di formazione stellare all'interno delle galassie ospiti dei quasar. Nel trovare questa tendenza gli astronomi sono in grado di dire con una certa sicurezza che la prodigiosa formazione stellare all'interno della galassia ospite potrebbe essere il meccanismo che guida questi venti misteriosi e potenti.

"Identificare questa tendenza della prolifica formazione stellare a essere strettamente correlata ai potenti venti di quasar è una scoperta entusiasmante per noi, " spiega Pece Podigachoski. "Una spiegazione naturale per questo è che i venti sono guidati da esplosioni stellari e prodotti da supernove, che si verificano con grande frequenza durante i periodi di formazione stellare estrema".

Questa nuova connessione non solo risolve un enigma sui quasar, ma può anche contribuire a svelare un mistero ancora più grande:perché le dimensioni delle galassie osservate nel nostro Universo sembrano essere in pratica limitate, anche se non in teoria.

"A parte la questione di quali processi siano responsabili dei venti di gas, il loro effetto netto è un argomento molto importante nell'astrofisica di oggi, " spiega Peter Barthel. "Anche se le teorie prevedono che le galassie possono crescere molto grandi, non sono state osservate galassie ultramassicce. Sembra che ci sia un processo che agisce da freno alla formazione di tali galassie:i venti di gas interni, ad esempio, potrebbero essere responsabili di questo cosiddetto feedback negativo".

La teoria prevede che le galassie dovrebbero essere in grado di raggiungere masse cento volte più grandi di quelle mai osservate. Il fatto che ci sia un deficit di colossi nell'Universo implica che ci sia un processo che esaurisce le riserve di gas delle galassie prima che siano in grado di raggiungere il loro pieno potenziale. Ci sono due meccanismi che possono portare a questo esaurimento del gas:il primo sono i venti di supernova associati agli starburst, il secondo, i venti associati al buco nero supermassiccio al centro di ogni quasar. Sebbene entrambi i meccanismi possano svolgere un ruolo, l'evidenza della correlazione tra i venti di gas freddo e il tasso di formazione stellare trovata da questo team suggerisce che nel caso dei quasar, formazione stellare, che richiede una fornitura costante di gas freddo, potrebbe essere il principale colpevole nell'indebolire la galassia di gas e sopprimere la sua capacità di far crescere la prossima generazione di stelle.

"Questo è un risultato importante per la scienza dei quasar, e uno che si affidava alle capacità uniche di Herschel, " spiega Göran Pilbratt, Herschel Project Scientist presso l'ESA. "Herschel osserva la luce nel lontano infrarosso e submillimetrico consentendo la conoscenza dettagliata del tasso di formazione stellare nelle galassie osservate che era necessaria per fare questa scoperta".