Un'immagine di Messier 101, la Galassia Girandola, realizzato con il telescopio spaziale Hubble. I ciuffi blu brillante nei bracci a spirale sono siti di recente formazione stellare. Credito:NASA, ESA, K. Kuntz (JHU), F. Bresolin (Università delle Hawaii), J. Trauger (Laboratorio di propulsione a reazione), J. muffa (NOAO), Y.-H. Chu (Università dell'Illinois, Urbano), e STScI
I buchi neri con masse equivalenti a milioni di soli mettono un freno alla nascita di nuove stelle, dicono gli astronomi. Utilizzando l'apprendimento automatico e tre simulazioni all'avanguardia per eseguire il backup dei risultati di un'ampia indagine del cielo, i ricercatori risolvono un dibattito lungo 20 anni sulla formazione delle stelle. Joanna Piotrowska, un dottorato di ricerca studente all'Università di Cambridge, presenterà oggi il nuovo lavoro al Virtual National Astronomy Meeting (NAM 2021).
La formazione stellare nelle galassie è stata a lungo un punto focale della ricerca astronomica. Decenni di osservazioni di successo e modelli teorici hanno portato alla nostra buona comprensione di come il gas collassa per formare nuove stelle sia all'interno che all'esterno della nostra Via Lattea. Però, grazie a programmi di osservazione all-sky come lo Sloan Digital Sky Survey (SDSS), gli astronomi si sono resi conto che non tutte le galassie nell'Universo locale sono attivamente in formazione stellare:esiste un'abbondante popolazione di oggetti "quiescenti" che formano stelle a velocità significativamente inferiori.
La domanda su cosa fermi la formazione stellare nelle galassie rimane la più grande incognita nella nostra comprensione dell'evoluzione delle galassie, discusso negli ultimi 20 anni. Piotrowska e il suo team hanno organizzato un esperimento per scoprire quale potrebbe essere il responsabile.
Utilizzando tre simulazioni cosmologiche all'avanguardia:EAGLE, Illustris e IllustrisTNG:gli astronomi hanno studiato ciò che ci aspetteremmo di vedere nell'Universo reale osservato dall'SDSS, quando diversi processi fisici bloccavano la formazione stellare nelle galassie massicce.
Diagramma che mostra l'importanza relativa dei buchi neri supermassicci, esplosioni di supernova, e aloni di materia oscura, nell'interrompere la formazione stellare nelle galassie. Credito:Joanna Piotrowska
Gli astronomi hanno applicato un algoritmo di apprendimento automatico per classificare le galassie in formanti stelle e quiescenti, chiedendo quale dei tre parametri:la massa dei buchi neri supermassicci che si trovano al centro delle galassie (questi oggetti mostruosi hanno tipicamente milioni o addirittura miliardi di volte la massa del nostro Sole), la massa totale delle stelle nella galassia, o la massa dell'alone di materia oscura attorno alle galassie, meglio prevede come si presentano le galassie.
Questi parametri hanno poi permesso al team di capire quale processo fisico:iniezione di energia da parte di buchi neri supermassicci, le esplosioni di supernova o il riscaldamento d'urto del gas negli aloni massicci sono responsabili del semi-ritiro delle galassie.
Un'immagine del telescopio spaziale Hubble della galassia ellittica quiescente NGC 4150. In questa formazione stellare si è sostanzialmente spenta. Credito:NASA, ESA, R.M. Crockett (Università di Oxford, UK.), S. Kaviraj (Imperial College London e Università di Oxford, UK.), J. Silk (Università di Oxford), M. Mutchler (Istituto di scienze del telescopio spaziale, Baltimora), R. O'Connell (Università della Virginia, Charlottesville), e il comitato di supervisione scientifica WFC3
Le nuove simulazioni prevedono che la massa del buco nero supermassiccio sia il fattore più importante per frenare la formazione stellare. In modo cruciale, i risultati della simulazione corrispondono alle osservazioni dell'Universo locale, aggiungendo peso ai risultati dei ricercatori.
Piotrowska afferma:"È davvero emozionante vedere come le simulazioni prevedono esattamente ciò che vediamo nell'Universo reale. I buchi neri supermassicci, oggetti con masse equivalenti a milioni o addirittura miliardi di Soli, hanno davvero un grande effetto su ciò che li circonda. Questi mostri gli oggetti costringono le loro galassie ospiti a una sorta di semi-ritiro dalla formazione stellare".
