Le gigantesche strutture di gas caldo sopra e sotto il disco galattico sono probabilmente dovute alle onde d'urto generate dall'attività energetica passata nel centro della nostra galassia.

La prima indagine di tutto il cielo eseguita dal telescopio a raggi X eROSITA a bordo dell'osservatorio Spektrum-Roentgen-Gamma (SRG) ha rivelato una grande struttura a forma di clessidra nella Via Lattea. Queste "bolle eROSITA" mostrano una sorprendente somiglianza con le bollicine di Fermi, rilevato un decennio fa a energie ancora più elevate. La spiegazione più probabile per queste caratteristiche è una massiccia iniezione di energia dal centro galattico in passato, portando a shock nell'involucro di gas caldo della nostra galassia.

Gli astronomi hanno rilevato una nuova straordinaria caratteristica nella prima mappa di rilevamento di tutto il cielo prodotta dal telescopio a raggi X eROSITA su SRG:un'enorme struttura circolare di gas caldo sotto il piano della Via Lattea che occupa la maggior parte del cielo meridionale. Una struttura simile nel cielo del Nord, lo "sperone polare nord, " è noto da molto tempo e si pensava fosse la traccia di una vecchia esplosione di supernova. Presi insieme, le strutture nord e sud invece ricordano un unico insieme di bolle a forma di clessidra che emergono dal centro galattico.

"Grazie alla sua sensibilità, risoluzione spettrale e angolare, eROSITA è stata in grado di mappare l'intero cielo a raggi X a una profondità senza precedenti, rivelando senza ambiguità la bolla meridionale, " spiega Michael Freyberg, uno scienziato senior che lavora su eROSITA presso il Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE). eROSITA scansiona l'intero cielo ogni sei mesi e i dati consentono agli scienziati di cercare strutture che coprono una porzione significativa dell'intero cielo.

Confini netti

L'emissione di raggi X su larga scala osservata da eROSITA nella sua banda di energia media (0,6-1,0 keV) mostra che la dimensione intrinseca delle bolle è di diversi kiloparsec (o fino a 50, 000 anni luce) attraverso, grande quasi quanto l'intera Via Lattea. Queste "bolle eROSITA" mostrano sorprendenti somiglianze morfologiche con le ben note "bolle di Fermi" rilevate ai raggi gamma dal telescopio Fermi, ma sono più grandi e più energici.

"I confini netti di queste bolle molto probabilmente tracciano shock causati dalla massiccia iniezione di energia dalla parte interna della nostra galassia nell'alone galattico, " sottolinea Peter Predehl, primo autore dello studio ora pubblicato su Nature. "Tale spiegazione è stata suggerita in precedenza per le bollicine di Fermi, e ora con eROSITA la loro piena estensione e morfologia è diventata evidente."

Questa scoperta aiuterà gli astronomi a comprendere il ciclo cosmico della materia dentro e intorno alla Via Lattea, e altre galassie. La maggior parte della materia ordinaria (barionica) nell'Universo è invisibile ai nostri occhi, con tutte le stelle e le galassie che osserviamo con telescopi ottici comprendenti meno del 10% della sua massa totale. Si prevede che enormi quantità di materia barionica inosservata risiedano in tenui aloni avvolti come bozzoli attorno alle galassie e ai filamenti tra di loro nella rete cosmica. Questi aloni sono caldi, con una temperatura di milioni di gradi, e quindi visibile solo con telescopi sensibili alle radiazioni ad alta energia.

Enorme rilascio di energia

Le bolle ora viste con eROSITA tracciano disturbi in questo involucro di gas caldo intorno alla nostra Via Lattea, causato da un'esplosione di formazione stellare o da un'esplosione dal buco nero supermassiccio al centro galattico. Mentre dormiente ora, il buco nero avrebbe potuto essere attivo in passato, collegandolo a nuclei galattici attivi (AGN) con buchi neri in rapida crescita visti in galassie lontane. In ogni caso, l'energia necessaria per alimentare la formazione di queste enormi bolle doveva essere enorme a 10^56 erg, equivalente al rilascio di energia di 100, 000 supernovae, e simili alle stime delle esplosioni di AGN.

"Le cicatrici lasciate da tali esplosioni impiegano molto tempo a guarire in questi aloni, " aggiunge Andrea Merloni, eROSITA Principal Investigator. "Gli scienziati hanno cercato le gigantesche impronte digitali di tale attività violenta passata intorno a molte galassie in passato". Le bolle eROSITA ora forniscono un forte supporto per interazioni su larga scala tra il nucleo della galassia e l'alone intorno ad esso, che sono abbastanza energici da perturbare la struttura, contenuto energetico e arricchimento chimico del mezzo circumgalattico della Via Lattea.

"eROSITA sta attualmente completando la seconda scansione dell'intero cielo, raddoppiando il numero di fotoni di raggi X provenienti dalle bolle che ha scoperto, " sottolinea Rashid Sunyaev, Scienziato capo dell'Osservatorio SSR in Russia. "Abbiamo un'enorme mole di lavoro davanti a noi, perché i dati di eROSITA consentono di individuare molte righe spettrali di raggi X emesse da gas altamente ionizzato. Ciò significa che la porta è aperta per studiare l'abbondanza di elementi chimici, il grado della loro ionizzazione, la densità e la temperatura del gas che emette nelle bolle, e per identificare le posizioni delle onde d'urto e stimare i tempi caratteristici."

L'Istituto di Astronomia e Astrofisica (IAAT) dell'Università di Tubinga è una delle istituzioni principali del consorzio tedesco eRosita; è stato coinvolto nello sviluppo delle sette telecamere del telescopio e in altre attività pre-lancio, tra cui la valutazione dello sfondo in orbita e le simulazioni dell'osservatorio in azione. Dall'inizio del sondaggio, scienziati di Tubinga hanno lavorato all'analisi dei dati man mano che arrivano, concentrandosi su oggetti galattici come stelle di neutroni in accrescimento, buchi neri, resti di supernova, e, Certo, le bolle eRosita appena scoperte.

"Stiamo appena iniziando a studiare in dettaglio questa struttura gigantesca e ogni giorno arriva sempre più luce che trasporta bit di informazioni extra man mano che l'indagine procede. Presto saremo in grado di sondare le condizioni fisiche in varie parti delle bolle. Questo è solo qualcosa eRosita può fare, e qualcosa che speriamo ci permetta di comprendere meglio il presente e il passato della nostra galassia e delle altre galassie dove si osservano varie forme di attività del nucleo della galassia, "dice Victor Doroshenko, scienziato senior presso la IAAT. "Ciò che mi stupisce di più di questa struttura è quanto sia vasta, e che è rimasto inosservato per gran parte della nostra storia. Questo perché solo una vista a raggi X di tutto il cielo potrebbe rivelare una struttura così grande, e questo è davvero impegnativo e comporta enormi sfide tecniche che non potevano essere superate fino a poco tempo fa. Anche adesso, progetti di questa portata richiedono uno sforzo congiunto di molte istituzioni e nazioni, e sono felice che IAAT possa rimanere competitiva qui, " aggiunge Doroshenko.

Il telescopio a raggi X eROSITA è stato lanciato nello spazio a bordo della missione Spektr-RG il 13 luglio, 2019. La sua ampia area di raccolta e l'ampio campo visivo sono adattati per un'indagine profonda di tutto il cielo nei raggi X. Nel corso di sei mesi (dicembre 2019-giugno 2020) SRG/eROSITA ha completato il primo rilevamento dell'intero cielo alle energie 0.2-8 keV, significativamente più profondo dell'unico rilevamento di tutto il cielo esistente con un telescopio per immagini a raggi X, eseguita da ROSAT nel 1990 ad energie 0,1-2,4 keV.

Un'analisi preliminare della mappa del cielo del primo rilevamento all-sky di eROSITA indica che vengono rilevate più di un milione di sorgenti puntiformi di raggi X e circa 20.000 sorgenti estese. Questo è paragonabile a, e anzi può superare, il numero totale di sorgenti di raggi X conosciute prima di eROSITA. Circa l'80% delle sorgenti puntiformi sono nuclei galattici attivi distanti (AGN), ma ci sono anche circa il 20% di stelle coronalmente attive nella Via Lattea, tra cui circa 150 stelle che ospitano il pianeta.