Come risultato del raggiungimento di un'elevata gamma dinamica di immagini, un team di astronomi in Giappone ha scoperto per la prima volta una debole emissione radio che copre una galassia gigante con un buco nero energetico al centro. L'emissione radio è rilasciata dal gas creato direttamente dal buco nero centrale. Il team si aspetta di capire come un buco nero interagisce con la sua galassia ospite applicando la stessa tecnica ad altri quasar.

3C273, che si trova a una distanza di 2,4 miliardi di anni luce dalla Terra, è un quasar. Un quasar è il nucleo di una galassia che si ritiene ospiti un enorme buco nero al centro, che inghiotte il materiale circostante, emettendo enormi radiazioni. Contrariamente al suo nome blando, 3C273 è il primo quasar mai scoperto, il più brillante e il meglio studiato. È una delle sorgenti più osservate con i telescopi perché può essere utilizzata come standard di posizione nel cielo:in altre parole, 3C273 è un radiofaro.

Quando vedi il faro di un'auto, la luminosità abbagliante rende difficile vedere l'ambiente più scuro. La stessa cosa accade ai telescopi quando si osservano oggetti luminosi. La gamma dinamica è il contrasto tra i toni più brillanti e più scuri di un'immagine. È necessaria una gamma dinamica elevata per rivelare sia le parti luminose che quelle scure in un singolo scatto di un telescopio. ALMA può raggiungere regolarmente intervalli dinamici di imaging fino a circa 100, ma le fotocamere digitali disponibili in commercio avrebbero in genere un range dinamico di diverse migliaia. I radiotelescopi non sono molto bravi a vedere oggetti con un contrasto significativo.

3C273 è noto da decenni come il quasar più famoso, ma la conoscenza si è concentrata sui suoi nuclei centrali luminosi, da cui provengono la maggior parte delle onde radio. Tuttavia, si sa molto meno della sua stessa galassia ospite perché la combinazione della galassia debole e diffusa con il nucleo 3C273 richiedeva gamme dinamiche così elevate per essere rilevata. Il team di ricerca ha utilizzato una tecnica chiamata autocalibrazione per ridurre la dispersione di onde radio da 3C273 alla galassia, che ha utilizzato lo stesso 3C273 per correggere gli effetti delle fluttuazioni atmosferiche della Terra sul sistema del telescopio. Hanno raggiunto una gamma dinamica di immagini di 85000, un record ALMA per gli oggetti extragalattici.

Come risultato del raggiungimento di un'elevata gamma dinamica di imaging, il team ha scoperto la debole emissione radio che si estende per decine di migliaia di anni luce sulla galassia ospite di 3C273. L'emissione radio intorno ai quasar suggerisce tipicamente l'emissione di sincrotrone, che deriva da eventi altamente energetici come esplosioni di formazione stellare o getti ultraveloci provenienti dal nucleo centrale. Esiste anche un getto di sincrotrone in 3C273, visto in basso a destra nelle immagini. Una caratteristica essenziale dell'emissione di sincrotrone è la sua luminosità che cambia con la frequenza, ma la debole emissione radio scoperta dal team ha una luminosità costante indipendentemente dalla radiofrequenza. Dopo aver considerato meccanismi alternativi, il team ha scoperto che questa debole ed estesa emissione radio proveniva dall'idrogeno gassoso nella galassia alimentato direttamente dal nucleo 3C273. Questa è la prima volta che si scopre che le onde radio di un tale meccanismo si estendono per decine di migliaia di anni luce nella galassia ospite di un quasar. Gli astronomi avevano trascurato questo fenomeno per decenni in questo iconico faro cosmico.

Allora perché questa scoperta è così importante? È stato un grande mistero nell'astronomia galattica se l'energia di un nucleo di quasar possa essere abbastanza forte da privare la capacità della galassia di formare stelle. La debole emissione radio può aiutare a risolverlo. Il gas idrogeno è un ingrediente essenziale nella creazione delle stelle, ma se su di esso risplende una luce così intensa che il gas viene disassemblato (ionizzato), non possono nascere stelle. Per studiare se questo processo sta avvenendo intorno ai quasar, gli astronomi hanno utilizzato la luce ottica emessa dal gas ionizzato. Il problema con la luce ottica è che la polvere cosmica assorbe la luce lungo il percorso verso il telescopio, quindi è difficile sapere quanta luce emette il gas.

Inoltre, il meccanismo responsabile dell'emissione della luce ottica è complesso, costringendo gli astronomi a fare molte ipotesi. Le onde radio scoperte in questo studio provengono dallo stesso gas a causa di processi semplici e non vengono assorbite dalla polvere. L'uso delle onde radio rende molto più semplice la misurazione del gas ionizzato creato dal nucleo di 3C273. In questo studio, gli astronomi hanno scoperto che almeno il 7% della luce di 3C273 è stata assorbita dal gas nella galassia ospite, creando gas ionizzato pari a 10-100 miliardi di volte la massa del sole. Tuttavia, 3C273 aveva molto gas appena prima della formazione delle stelle, quindi nel complesso non sembrava che la formazione stellare fosse fortemente soppressa dal nucleo.

"Questa scoperta offre una nuova strada per lo studio dei problemi precedentemente affrontati utilizzando le osservazioni con la luce ottica", afferma Shinya Komugi, professore associato alla Kogakuin University e autore principale dello studio pubblicato su The Astrophysical Journal . "Applicando la stessa tecnica ad altri quasar, ci aspettiamo di capire come si evolve una galassia attraverso la sua interazione con il nucleo centrale". + Esplora ulteriormente

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