buchi neri supermassicci, che probabilmente risiedono al centro di quasi tutte le galassie, sono inimmaginabilmente densi, regioni compatte dello spazio da cui nulla, nemmeno la luce, può sfuggire. Come un buco nero, pesando milioni o miliardi di volte la massa del Sole, divora materiale, è circondato da un disco vorticoso di gas. Quando il gas di questo disco cade verso il buco nero, rilascia una quantità enorme di energia. Questa energia crea un brillante e potente nucleo galattico chiamato quasar, la cui luce può eclissare notevolmente la sua galassia ospite.

Gli astronomi credono ampiamente che l'energia dei quasar sia responsabile della limitazione della crescita di galassie massicce. Poco dopo il lancio del James Webb Space Telescope della NASA, gli scienziati hanno in programma di studiare l'effetto di tre quasar accuratamente selezionati sulle loro galassie ospiti in un programma chiamato Q3D.

Un buco nero supermassiccio è molto piccolo rispetto alla sua galassia ospite:è l'equivalente di un centesimo in relazione alle dimensioni dell'intera Luna. Ancora, I buchi neri supermassicci hanno un'enorme influenza sulle galassie in cui abitano.

"Oggetti fisicamente molto piccoli, I buchi neri supermassicci sembrano avere un enorme impatto sull'evoluzione delle galassie e, infine, sul modo in cui appare il nostro universo oggi, " ha affermato la ricercatrice principale di Q3D Dominika Wylezalek, leader di un gruppo di ricerca presso l'Università di Heidelberg in Germania.

Due decenni fa, gli scienziati hanno ipotizzato il ruolo critico dei quasar nel limitare la crescita delle galassie, ma è stato sorprendentemente difficile ottenere prove osservative specifiche. Gli scienziati pensano che i venti torrenziali di un quasar spingano fuori l'equivalente di centinaia di masse solari di materiale ogni anno. Mentre i venti di quasar spazzano il disco della galassia, materiale che altrimenti avrebbe formato nuove stelle viene portato via violentemente dalla galassia, causando la nascita stella a cessare. Ma osservare la potenza e la portata dei quasar sulle loro galassie ospiti rimane un grosso problema irrisolto nell'astrofisica moderna. Il telescopio Webb potrebbe cambiarlo.

Analisi dei dati in 3-D

Oltre alla sua squisita sensibilità, risoluzione e visione a infrarossi, Le capacità di Webb includono l'esclusiva spettroscopia di imaging tridimensionale. Questa speciale tecnica di osservazione consente al team di ottenere misurazioni dettagliate della luce per ogni singolo pixel nel campo visivo. Unisce molte immagini a lunghezze d'onda leggermente diverse. Ciò consente agli scienziati di mappare spazialmente i movimenti del gas all'interno della galassia. La tecnica rivoluzionerà la comprensione della relazione tra i buchi neri supermassicci e le loro galassie ospiti, consentendo agli scienziati di sondare le stelle, gas e polvere nelle galassie vicine e lontane.

"La spettroscopia di imaging è importante per noi perché i venti in questi quasar lontani non sono necessariamente simmetrici, " ha spiegato il co-investigatore principale Sylvain Veilleux, professore di astronomia all'Università del Maryland, Parco del Collegio. "Così, è necessario uno spettro in ogni posizione per determinare qual è la loro geometria ed essere in grado di trarre le informazioni importanti da questi venti e dall'impatto che hanno sulle galassie che li ospitano".

Studiare tre quasar e i loro ospiti

Il team Q3D studierà tre quasar luminosi per misurare l'attività che deriva dall'accrescimento di materiale sui buchi neri supermassicci, e come le galassie ospiti sono influenzate da tale attività. Il team ha scelto i tre quasar per ragioni scientifiche, ma anche per testare e valutare le capacità di Webb. Gli oggetti coprono intenzionalmente una gamma molto ampia di distanza dalla Terra, da relativamente vicino a molto lontano. Sono anche tra i quasar più luminosi alle rispettive distanze e sono noti per avere deflussi di materiale.

I potenti flussi di quasar sembrano impedire al gas di una galassia di formare nuove stelle e far crescere la galassia. Gli scienziati pensano che questa connessione quasar-galassia sia cruciale nel determinare come le galassie si evolvono dall'universo primordiale ad oggi. È particolarmente importante per le galassie alcune volte più grandi della Via Lattea, perché gli ospiti di quasar sono generalmente galassie più massicce.

Vedere oltre la luce brillante

I quasar sono molto luminosi rispetto al materiale che li circonda, quindi il team sta sviluppando strumenti software speciali che consentono loro di studiare i fenomeni. Quando i quasar furono scoperti negli anni '50, erano sorgenti radio brillanti che sembravano stelle su lastre fotografiche, così furono chiamate "radiosorgenti quasi stellari". Infine, gli astronomi hanno scoperto che i quasar erano in realtà all'interno delle galassie, ma erano così brillanti che eclissavano le galassie che li ospitavano.

"Siamo interessati al quasar stesso:il luminoso, una cosa simile a una stella nel mezzo, ma siamo anche interessati alla galassia ospite più debole. E non solo la galassia ospite, ma il deflusso ancora più debole dall'ospite. Questo è il gas che non gira intorno al quasar, o il centro della galassia, ma sta invece fluendo fuori. Per vedere questa roba davvero debole dietro il quasar, dobbiamo rimuovere la luce del quasar. Questa è una cosa unica che il software farà", ha affermato il co-investigatore David Rupke, professore associato di fisica al Rhodes College di Memphis, Tennessee. Rupke sta conducendo lo sforzo di scrivere il software per analizzare i dati Q3D.

Preparare la strada per futuri studi Webb

Lo studio Q3D fa parte del programma Director's Discretionary-Early Release Science, che fornisce dati pubblici all'intera comunità scientifica all'inizio della missione del telescopio. Questo programma consente alla comunità astronomica di apprendere rapidamente come utilizzare al meglio le capacità di Webb, producendo anche una scienza robusta.

"Dal punto di vista tecnico, con le nostre osservazioni, stiamo testando diverse modalità, filtri e combinazioni, " ha spiegato Wylezalek. "Sarà molto utile per la comunità scientifica vedere le prestazioni in queste diverse modalità. Scientificamente, stiamo sondando quasar a diverse luminosità e tempi cosmici per informare la comunità sulle prestazioni di Webb durante la valutazione di diverse questioni scientifiche".

Il software Q3D non sarà utile solo per gli utenti che osservano i quasar, ma per chiunque osservi luminosi, puntiforme, sorgenti centrali su sorgenti più deboli. Tali osservazioni potrebbero includere super ammassi stellari, supernove, eventi di turbativa di marea, o lampi di raggi gamma.

Il James Webb Space Telescope sarà il principale osservatorio di scienze spaziali al mondo quando verrà lanciato nel 2021. Webb risolverà i misteri nel nostro sistema solare, guarda oltre a mondi lontani intorno ad altre stelle, e sondare le misteriose strutture e origini del nostro universo e il nostro posto in esso. Webb è un programma internazionale guidato dalla NASA con i suoi partner, ESA (Agenzia Spaziale Europea) e Agenzia Spaziale Canadese.