Come regola generale, se c'è un fenomeno sconcertante che si verifica da qualche parte nello spazio profondo, un buco nero è spesso il colpevole dietro di esso.

Questo è secondo il ricercatore post-dottorato Vaidehi Paliya nel dipartimento di fisica e astronomia, la cui pubblicazione nel gennaio 2018 in Le Lettere del Giornale Astrofisico dettaglia la scoperta di sette galassie che potrebbero potenzialmente scuotere ciò che gli astrofisici pensavano di sapere su come le dimensioni di una galassia - e il buco nero al suo centro - possono influenzare il suo comportamento.

È stato ampiamente creduto che solo le galassie massicce contengano energia sufficiente per diventare blazar, che sono stupendi getti di radiazioni abbastanza potenti da allungare migliaia di anni luce. Ma l'ultima ricerca di Paliya potrebbe indicare che anche le galassie più piccole possono farlo, se ci sono le condizioni.

Esistono tre tipi principali di galassie:ellittiche di forma ovale, spirali a forma di disco e irregolari che non si adattano perfettamente a nessuna delle classi precedenti.

"Le galassie ellittiche sono le più antiche, le galassie più massicce dell'universo, " ha detto Paliya. "La gente propone che le galassie ellittiche si formino quando due galassie più piccole si scontrano, fondendosi in un'unica grande ellittica. Tipicamente, si scopre che le ellittiche ospitano un buco nero che è più di un miliardo di volte la massa del nostro sole".

Per loro intrinseca, forza gravitazionale inevitabile, i buchi neri al centro delle galassie diventeranno più grandi attirando e "divorando" la materia circostante attraverso un processo chiamato accrescimento.

"È come quando versi l'acqua nel lavello della cucina, vedi che forma una spirale, poi va in malora. In un modo simile, la materia forma un disco di accrescimento attorno al buco nero, "Ha detto Paliya. "Il buco nero poi cresce rapidamente e diventa un mostro."

Ma quando il disco di accrescimento che circonda il buco nero inizia a emettere esplosioni estreme di energia - in radio, infrarossi o bande di raggi X - si dice che la galassia sia "attiva, " aprendo la porta a un altro classificatore di galassie oltre la forma.

"I Blazar sono un tipo di galassia attiva, " disse Marco Ajello, un professore di fisica e astronomia e consigliere di Paliya. "Queste sono galassie che ospitano un buco nero supermassiccio, e questo buco nero - in qualche modo - è in grado di accelerare le particelle fino a raggiungere la velocità della luce e mantenerle collimate in fasci stretti, chiamati getti, che diventano fonti di luce molto luminose quando puntano verso di noi."

Questi getti sono alcune delle sorgenti più estreme di radiazioni gamma nello spazio.

"Questi blazar hanno getti che sono come fontane. Se volevi una fontana enorme, ti servirebbe un motore molto potente alla base. I blazar devono avere buchi neri molto massicci al centro per poter lanciare getti, " ha detto Paliya. "In genere, non ci aspettiamo questi potenti getti da sorgenti piccole, come la nostra galassia."

La Via Lattea è una galassia a spirale con bracci a forma di girandola costituiti da gas e polvere che contengono un centro luminoso di stelle più vecchie. Tipicamente, le galassie a spirale sono meno massicce e molto meno attive delle loro controparti ellittiche.

Quando il telescopio spaziale a raggi gamma Fermi, lanciato nel 2008 dalla NASA, ha rilevato l'emissione di raggi gamma da quattro galassie a spirale nel suo primo anno di orbita, i fisici erano perplessi.

"È stato inaspettato:abbiamo visto solo quel tipo di emissione di raggi gamma dai blazar, " ha detto Dieter Hartmann, professore di fisica e astronomia e coautore dello studio. "Quando queste quattro fonti sono state scoperte, la gente ipotizzava che potessero essere blazar. Ma poiché c'erano così poche fonti, nessuno ne era certo. Poi la domanda è diventata:queste sono davvero un nuovo tipo di fonte, o sono solo eccezioni allo standard?"

La domanda è stata lasciata in aria, fino a quando i collaboratori di Paliya in India non hanno pubblicato un catalogo di galassie a spirale attive nel 2017. Conosciute come galassie di Seyfert, questi sono un altro tipo di galassia attiva con buchi neri di massa relativamente bassa che risiedono al loro centro. Però, piuttosto che emettere violente esplosioni di radiazioni gamma, come blazar, Le galassie di Seyfert sono note per le loro forti emissioni ultraviolette.

Il catalogo ha fornito la prima possibilità agli astrofisici di affrontare la questione della scoperta del telescopio Fermi nel 2008. È possibile che una galassia a spirale emetta radiazioni di raggi gamma?

"Ho preso questo catalogo di 11, 101 galassie di Seyfert, e li ho studiati nella banda dei raggi gamma utilizzando i dati del Large Area Telescope a bordo del satellite Fermi, " ha detto Paliya. "Da questo, Ho trovato quattro nuove sorgenti di raggi gamma e tre che in precedenza erano conosciute come blazar, ma crediamo siano in realtà galassie di Seyfert".

Questa svolta è un'indicazione che anche sorgenti più piccole sono in grado di lanciare potenti getti di raggi gamma, un potenziale cambiamento di paradigma nel campo dell'astrofisica.

"Se il jet è simile a quello dei blazar, ma il suo buco nero è piccolo, puoi immaginarlo come un'auto. Supponiamo che un'auto più piccola stia andando alla stessa velocità di un'altra auto con un motore molto più grande. Il motore dell'auto più piccola dovrebbe quindi essere molto più efficiente, " disse Ajello. "Allora, potrebbe essere che il buco nero funzioni in modo più efficiente in ambienti più piccoli, sistemi a spirale di quanto non lo sia in oggetti più grandi come i blazar."

Per comprendere la natura ellittica/a spirale delle galassie ospiti di queste sette sorgenti di raggi gamma rilevate, Ajello e Paliya intendono ottenere immagini profonde con la massima risoluzione, una sfida per i telescopi ottici terrestri a causa degli effetti di sfocatura dell'atmosfera.

"Il potere di raccolta della luce di un telescopio è proporzionale al quadrato del suo diametro. Ciò significa che con telescopi più grandi, possiamo raccogliere molti più fotoni. Più fotoni significano più informazioni, " ha detto Palia.

Il Gran Telescopio Canarias, o il "Grande Telescopio delle Canarie, " è un telescopio riflettore di 10,4 metri che ha iniziato a raccogliere osservazioni nel 2007. Attualmente detiene il titolo di "telescopio ottico a singola apertura più grande del mondo, " il Gran Telescopio Canarias dovrebbe essere superato nel prossimo decennio con la presentazione del Thirty Meter Telescope (TMT). Al termine, TMT avrà uno specchio primario di 30 metri e consentirà ai ricercatori di vedere lo spazio con una chiarezza senza precedenti, almeno 10 volte migliore rispetto al telescopio spaziale Hubble.

Ajello e Paliya intendono utilizzare il telescopio spaziale Hubble, e strutture potenzialmente imminenti come TMT, scrutare oltre i centri luminosi delle sette sorgenti che hanno scoperto per distinguere con certezza se le galassie sono ellittiche o spirali.

"Se è un'ellittica, allora è vero che stiamo solo guardando un normale blazar. Probabilmente è un'ellittica più piccola e un buco nero più piccolo, " disse Ajello. "Ma se è una spirale, quindi i getti possono avvenire in qualsiasi ambiente che sia un buco nero, all'interno di alcune nuove condizioni."

"È di grande importanza comprendere meglio gli ambienti dei buchi neri supermassicci che sono in grado di lanciare getti in cui l'accelerazione delle particelle avviene in condizioni astrofisiche estreme, " ha aggiunto Hartmann.

Paliya intende anche studiare se le differenze osservate nei raggi gamma si traducano attraverso lo spettro elettromagnetico.

"Si tratta di ottica, " ha detto Paliya. "Come si comportano i blazar a, dire, frequenze radio? Quindi, come si confrontano queste Seyfert? Questa scoperta ha indicato che sì, sta accadendo qualcosa di diverso».

I ricercatori hanno affermato che scoperte come queste sono importanti per aiutarci a comprendere l'evoluzione dell'universo. Queste scoperte potrebbero rappresentare alcuni dei pezzi mancanti del puzzle di come galassie e buchi neri sono cresciuti insieme nel corso della storia.