Immagine di un'interazione di galassie (a sinistra) e uno schema (a destra) che mostra come le interazioni di galassie possono produrre shock in un'intera galassia, aumentare l'emissione di idrogeno molecolare. Questa componente del mezzo interstellare può essere osservata direttamente solo in circostanze particolari, come quando cambia il momento angolare attraverso interazioni con fotoni ad alta energia o collisioni con altre particelle. Credito:Guillard et al. 2009/B. baie
Negli ultimi due decenni, gli astronomi hanno concluso che la maggior parte, se non tutto, le galassie ospitano enormi buchi neri al loro centro e le masse di un buco nero e della sua galassia ospite sono correlate. Ma come sono collegati i due? Ora, uno studente dell'Università delle Hawaii presso il Mānoa Institute for Astronomy (IfA) che partecipa al programma Research Experiences for Undergraduates (REU) della National Science Foundation (NSF), potrebbe aver rivelato parte della risposta.
La laureanda Rebecca Minsley, ha partecipato al programma REU 2019 di IfA, lavorando per 10 settimane con il suo mentore, Andreea Petric, vice scienziata del progetto dell'esploratore spettroscopico Maunakea. Setacciando meticolosamente centinaia di immagini di galassie, Minsley iniziò a definire un quadro più chiaro dell'evoluzione delle galassie. "La crescita della galassia può essere modellata dalle interazioni con altre galassie che contribuiscono ai buchi neri supermassicci (SMBH) che crescono all'interno del centro della galassia, " ha spiegato Minsley.
Gas e polvere tra le stelle, chiamato il mezzo interstellare (ISM), è il carburante sia per la crescita di SMBH che per la formazione di nuove stelle. Ma lavori recenti mostrano che l'ISM può avere proprietà diverse, soprattutto essendo più caldo, nelle galassie che ospitano un buco nero supermassiccio in crescita nei loro nuclei, rispetto a quelle galassie che non lo fanno. Il gas più caldo ha meno probabilità di collassare in nuove stelle, quindi questa scoperta potrebbe suggerire che un SMBH centrale in crescita diminuisce la capacità di una galassia di creare nuove stelle.
Cosa potrebbe essere responsabile del riscaldamento dell'ISM? luce delle stelle, soprattutto dalle stelle calde, può farlo. Ma le interazioni tra le galassie, quando si scontrano o anche solo passano vicine l'una all'altra, possono produrre onde d'urto su larga scala che comprimono il gas meno denso, rendendo più probabile la formazione di stelle. Minsley ha studiato le forme di 630 galassie utilizzando le immagini del sondaggio Pan-STARRS. Ha classificato le galassie in fusioni, prime fusioni, e non fusioni. E poi ho confrontato le forme con l'emissione luminosa delle stesse galassie a lunghezze d'onda del medio infrarosso più lunghe, dove poteva studiare le proprietà dell'ISM.
"Quando le galassie si avvicinano abbastanza, passano attraverso una sorta di danza galattica fino a quando alla fine si uniscono in un'entità singolare. Queste interazioni hanno firme ben documentate che mi hanno permesso di classificare il nostro insieme di galassie, " ha detto Minsley. "Questo progetto mi ha dato un maggiore apprezzamento per la complessità e l'intreccio di tutti i processi che avvengono all'interno delle galassie e la ricerca svolta per decostruire i sistemi galattici è affascinante".
Immagini Pan-STARRS di NGC 4088, NGC 0520, NGC 5218, NGC 4922 NED02, illustrando le diverse caratteristiche utilizzate per classificare le fusioni di galassie, compresa l'asimmetria delle galassie, code di marea, conchiglie galattiche, nuclei multipli e fusioni precoci/possibili per galassie di luminosità simile entro 50 kpc l'una dall'altra. Credito:A. Petric/B. baie
Minsley e collaboratori hanno scoperto che all'interno di galassie con buchi neri attivi, l'ISM è più caldo, i rapporti tra gas molecolare caldo e altri refrigeranti sono maggiori, e altre caratteristiche delle particelle di polvere hanno una gamma di valori più ampia rispetto alle galassie in cui i buchi neri sono dormienti.
"Nell'universo vicino troviamo che l'ISM caldo delle galassie che ospitano buchi neri supermassicci in crescita al loro centro differisce da quelle che non lo fanno, " spiega Petric. "Ipotizziamo che gli stessi processi che convogliano il carburante verso l'SMBH ci consentano anche di rilevare il trasferimento di energia nell'ISM della galassia." Petric aggiunge che il futuro, osservazioni più dettagliate, consentirà ai ricercatori di confermare questi processi di trasferimento di energia.
IfA fa parte da quasi 20 anni del prestigioso programma REU, formazione di oltre 130 studenti, alcuni dei quali sono ora leader in diversi campi dell'astronomia. A causa di questa opportunità unica di lavorare alle Hawaii con strutture e scienziati di livello mondiale, l'IfA riceve oltre 500 domande ogni termine. L'obiettivo del loro programma REU è identificare gli studenti che hanno il potenziale per avere successo nella ricerca, ma potrebbe non avere l'opportunità e le risorse.
Nader Haghighipour, il ricercatore principale del programma REU di IfA, notato, "Con i nostri mentori tra i leader mondiali nei rispettivi campi, i nostri studenti REU sono impegnati in una ricerca all'avanguardia. Il lavoro di Rebecca ne è un ottimo esempio. Siamo molto orgogliosi dei nostri studenti REU, poiché quasi tutti hanno proseguito gli studi nella scuola di specializzazione, e molti di loro hanno ottenuto il riconoscimento nazionale."
Durante il semestre autunnale 2020, Diana Castaneda, studentessa universitaria di Petric e UH Mānoa, continuerà a indagare sull'ISM delle galassie che ospitano alcune delle SMBH in crescita più luminose nell'universo vicino, utilizzando uno spettrometro a bordo del velivolo dell'Osservatorio stratosferico per l'astronomia all'infrarosso (SOFIA). Le osservazioni SOFIA consentiranno a Castaneda e Petric di acquisire maggiori informazioni sui processi mediante i quali l'energia viene trasferita tra la crescente SMBH e l'ISM.
Questo lavoro è pubblicato nel numero del 10 maggio del Giornale Astrofisico ed è disponibile in formato prestampato su ArXiv .
