Disco di accrescimento (in viola, fuori scala). Il processo avviene nei nuclei con nucleo attivo. Una nube di gas molecolare che si accumula nella regione centrale viene spazzata via dalla radiazione proveniente dal disco di accrescimento del buco nero, formando un'enorme bolla calda in espansione, il cui raggio può raggiungere i 300 anni luce. Credito:Daniel May
I buchi neri possono espellere mille volte più materia di quanta ne catturano. Il meccanismo che governa sia l'espulsione che la cattura è il disco di accrescimento, una vasta massa di gas e polvere che gira a spirale attorno al buco nero a velocità estremamente elevate. Il disco è caldo ed emette luce e altre forme di radiazione elettromagnetica. Parte della materia orbitante viene tirata verso il centro e scompare dietro l'orizzonte degli eventi, la soglia oltre la quale né la materia né la luce possono sfuggire. Un altro, più largo, parte viene spinta ulteriormente fuori dalla pressione della radiazione emessa dal disco stesso.
Si pensa che ogni galassia abbia un buco nero supermassiccio al centro, ma non tutte le galassie hanno, o ancora, dischi di accrescimento. Quelle che lo fanno sono conosciute come galassie attive, a causa dei loro nuclei galattici attivi. Il modello tradizionale prevede due fasi nella materia che si accumula nella regione centrale di una galassia attiva:un flusso di gas ionizzato ad alta velocità di materia espulso dal nucleo, e molecole più lente che possono fluire nel nucleo.
Un nuovo modello che integra le due fasi in un unico scenario è stato ora proposto da Daniel May, un ricercatore post-dottorato presso l'Istituto di Astronomia dell'Università di San Paolo, Scienze geofisiche e atmosferiche (IAG-USP) in Brasile. "Abbiamo scoperto che la fase molecolare, che sembra avere dinamiche completamente diverse dalla fase ionizzata, fa anche parte del deflusso. Questo significa che c'è molta più materia che viene spazzata via dal centro, e il nucleo galattico attivo gioca un ruolo molto più importante nella strutturazione della galassia nel suo insieme, " May ha detto ad Agência FAPESP.
Pubblicato sulla rivista un articolo sullo studio di May e collaboratori Avvisi mensili della Royal Astronomical Society . Lo studio è stato sostenuto da FAPESP tramite una borsa di studio di dottorato e una borsa di studio post-dottorato assegnata a maggio. João Steiner, Professore ordinario presso IAG-USP e coautore dell'articolo, dottorato di ricerca di maggio supervisionato e ricerca post-dottorato.
May ha identificato il pattern sulla base di uno studio su due galassie attive:NGC 1068, che ha indagato nel 2017, e NGC 4151, che ha studiato nel 2020. NGC sta per New General Catalogue of Nebulae and Clusters of Stars, istituita alla fine del XIX secolo.
"Utilizzando una metodologia di trattamento delle immagini altamente meticolosa, abbiamo identificato lo stesso modello in due galassie molto diverse. La maggior parte degli astronomi oggi è interessata a studiare set di dati molto grandi. Il nostro approccio era l'opposto. Abbiamo indagato le caratteristiche individuali di questi due oggetti in maniera quasi artigianale, "May ha detto.
"Il nostro studio suggerisce che inizialmente una nube di gas molecolare nella regione centrale della galassia collassa e attiva il suo nucleo, formando il disco di accrescimento. I fotoni emessi dal disco, che raggiunge temperature dell'ordine di un milione di gradi, spingere la maggior parte del gas molto verso l'esterno, mentre una parte minore del gas viene assorbita dal disco e alla fine si tuffa nel buco nero. Mentre la nuvola viene risucchiata nel disco, prendono forma due fasi distinte:una viene ionizzata per esposizione al disco, e l'altro è molecolare e oscurato dalla sua radiazione. Abbiamo scoperto che la parte molecolare è interamente legata alla parte ionizzata, che è noto come deflusso. Siamo riusciti a mettere in relazione le due fasi del gas, precedentemente considerato scollegato, e adattare le loro morfologie in un unico scenario."
Il gas ionizzato deriva dalla frammentazione di questo gas molecolare, maggio spiegato. Mentre si frammenta, viene spinto più lontano in una bolla calda in espansione che può raggiungere un raggio di 300 anni luce. Per fare un confronto, vale la pena ricordare che questa è quasi 70 volte la distanza dalla Terra a Proxima Centauri, la stella più vicina al Sistema Solare.
"Quando osserviamo le regioni centrali di queste due galassie, vediamo questa enorme bolla di profilo, delineato dalle sue pareti di molecole, " May ha detto. "Vediamo le pareti che si frammentano e il gas ionizzato che viene espulso. Il disco di accrescimento appare come un punto estremamente luminoso. Tutte le informazioni che ci pervengono da esso corrispondono a un pixel, quindi non abbiamo abbastanza risoluzione per discernere le sue possibili parti. Il buco nero è noto solo dai suoi effetti".
Nell'Universo antico c'era molto più gas disponibile, quindi l'effetto di un processo come quello da lui descritto fu più intenso, maggio spiegato. Ciò che ha osservato in galassie relativamente vicine come NGC 1068 e NGC 4151 è una forma lieve del processo che si è verificato in galassie più lontane, i cui nuclei attivi nel passato remoto sono ora rilevati come quasar.
