Circa un decennio fa, gli astronomi hanno scoperto una popolazione di piccoli, ma enormi galassie chiamate "pepite rosse". Un nuovo studio che utilizza l'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA indica che i buchi neri hanno soffocato la formazione stellare in queste galassie e potrebbero aver utilizzato parte del combustibile stellare non sfruttato per crescere a proporzioni insolitamente massicce.

Le pepite rosse sono state scoperte per la prima volta dal telescopio spaziale Hubble a grandi distanze dalla Terra, corrispondente a tempi solo di circa tre o quattro miliardi di anni dopo il Big Bang. Sono le reliquie delle prime galassie massicce che si sono formate solo un miliardo di anni dopo il Big Bang. Gli astronomi pensano di essere gli antenati delle gigantesche galassie ellittiche viste nell'Universo locale. Le masse delle pepite rosse sono simili a quelle delle galassie ellittiche giganti, ma sono solo circa un quinto delle loro dimensioni.

Mentre la maggior parte delle pepite rosse si è fusa con altre galassie per miliardi di anni, un piccolo numero è riuscito a scivolare intatto attraverso la lunga storia del cosmo. Queste pepite rosse illese rappresentano un'occasione d'oro per studiare come le galassie, e il buco nero supermassiccio al loro centro, agire in miliardi di anni di isolamento.

Per la prima volta, Chandra è stata usata per studiare il gas caldo in due di queste pepite rosse isolate, MRK 1216, e PGC 032673. Si trovano rispettivamente a soli 295 milioni e 344 milioni di anni luce dalla Terra, piuttosto che miliardi di anni luce per le prime pepite rosse conosciute. Questo gas caldo che emette raggi X contiene l'impronta dell'attività generata dai buchi neri supermassicci in ciascuna delle due galassie.

"Queste galassie esistono da 13 miliardi di anni senza mai interagire con un'altra del suo genere, " ha affermato Norbert Werner dell'MTA-Eötvös University Lendület Hot Universe and Astrophysics Research Group di Budapest, Ungheria, che ha condotto lo studio. "Stiamo scoprendo che i buchi neri in queste galassie prendono il sopravvento e il risultato non è buono per le nuove stelle che cercano di formarsi".

Gli astronomi sanno da tempo che il materiale che cade verso i buchi neri può essere reindirizzato verso l'esterno ad alta velocità a causa di intensi campi gravitazionali e magnetici. Questi getti ad alta velocità possono ridurre la formazione di stelle. Questo accade perché le esplosioni provenienti dalle vicinanze del buco nero forniscono una potente fonte di calore, impedendo al gas interstellare caldo della galassia di raffreddarsi abbastanza da consentire la formazione di un gran numero di stelle.

La temperatura del gas caldo è più alta al centro della galassia MRK 1216 rispetto ai suoi dintorni, mostrando gli effetti del recente riscaldamento da parte del buco nero. Anche, l'emissione radio è osservata dal centro della galassia, una firma di getti da buchi neri. Finalmente, l'emissione di raggi X dalle vicinanze del buco nero è circa cento milioni di volte inferiore a un limite teorico di quanto velocemente può crescere un buco nero - chiamato "limite di Eddington" - dove la pressione della radiazione verso l'esterno è bilanciata da quella verso l'interno forza di gravità. Questo basso livello di emissione di raggi X è tipico dei buchi neri che producono getti. Tutti questi fattori forniscono una forte evidenza che l'attività generata dai buchi neri supermassicci centrali in queste galassie pepite rosse sta sopprimendo la formazione di nuove stelle.

I buchi neri e il gas caldo potrebbero avere un'altra connessione. Gli autori suggeriscono che gran parte della massa del buco nero potrebbe essersi accumulata dal gas caldo che circonda entrambe le galassie. I buchi neri sia in MRK 1216 che in PGC 032873 sono tra i più massicci conosciuti, con masse stimate di circa cinque miliardi di volte quella del Sole, basato su osservazioni ottiche delle velocità delle stelle vicine ai centri delle galassie. Per di più, si stima che le masse del buco nero MRK 1216 e forse di quello in PGC 032873 siano una piccola percentuale delle masse combinate di tutte le stelle nelle regioni centrali delle galassie, mentre nella maggior parte delle galassie, il rapporto è circa dieci volte inferiore.

"Apparentemente, lasciati a se stessi, i buchi neri possono agire un po' come un bullo, " ha detto il co-autore Kiran Lakhchaura, anche dell'Università MTA-Eötvös.

"Non solo impediscono la formazione di nuove stelle, " ha detto il co-autore Massimo Gaspari, un borsista Einstein dell'Università di Princeton, "Potrebbero anche prendere parte di quel materiale galattico e usarlo per nutrirsi".

Inoltre, il gas caldo dentro e intorno a PGC 032873 è circa dieci volte più debole del gas caldo intorno a MRK 1216. Poiché entrambe le galassie sembrano essersi evolute in isolamento negli ultimi 13 miliardi di anni, questa differenza potrebbe essere derivata da esplosioni più feroci del buco nero di PGC 032873 in passato, che ha soffiato via la maggior parte del gas caldo.

"I dati di Chandra ci dicono di più su ciò che il lungo, viaggio solitario attraverso il tempo cosmico è stato come per queste galassie pepite rosse, ", ha affermato la coautrice Rebecca Canning della Stanford University. "Anche se le galassie non hanno interagito con altre, hanno mostrato un sacco di tumulto interiore."

Un articolo che descrive questi risultati nell'ultimo numero del Avvisi mensili della Royal Astronomical Society rivista ed è disponibile online.