Quando una stella nasce o muore, o quando si verifica qualsiasi altro fenomeno molto energetico nell'universo, emette raggi X, che sono particelle di luce ad alta energia che non sono visibili a occhio nudo. Questi raggi X sono lo stesso tipo che i medici usano per fotografare le ossa rotte all’interno del corpo. Ma invece di guardare le ombre prodotte dalle ossa che bloccano i raggi X all'interno di una persona, gli astronomi rilevano i raggi X che volano nello spazio per ottenere immagini di eventi come buchi neri e supernovae.
Immagini e spettri, grafici che mostrano la distribuzione della luce su diverse lunghezze d'onda di un oggetto, sono i due principali modi in cui gli astronomi indagano l'universo. Le immagini dicono loro come appaiono le cose e dove stanno accadendo determinati fenomeni, mentre gli spettri dicono loro quanta energia hanno i fotoni, o particelle di luce, che stanno raccogliendo. Gli spettri possono aiutarli a capire come si è formato l'evento da cui provengono. Quando si studiano oggetti complessi, hanno bisogno sia di immagini che di spettri.
Scienziati e ingegneri hanno progettato l'Osservatorio a raggi X Chandra per rilevare questi raggi X. Dal 1999, i dati di Chandra hanno fornito agli astronomi immagini incredibilmente dettagliate di alcuni degli eventi più drammatici dell'universo.
Le stelle che si formano e muoiono creano esplosioni di supernova che inviano elementi chimici nello spazio. Chandra osserva il gas e le stelle cadere nella profonda attrazione gravitazionale dei buchi neri, e testimonia che il gas mille volte più caldo del sole sfugge alle galassie con venti esplosivi. Può vedere quando la gravità di enormi masse di materia oscura intrappola il gas caldo in gigantesche sacche.
La NASA ha progettato Chandra in orbita attorno alla Terra perché non sarebbe stato in grado di vedere nessuna di queste attività dalla superficie terrestre. L'atmosfera terrestre assorbe i raggi X provenienti dallo spazio, il che è ottimo per la vita sulla Terra perché questi raggi X possono danneggiare gli organismi biologici. Ma significa anche che anche se la NASA posizionasse Chandra sulla cima della montagna più alta, non sarebbe comunque in grado di rilevare alcun raggio X. La NASA doveva inviare Chandra nello spazio.
Sono un astrofisico presso l'Osservatorio Astrofisico Smithsonian, parte del Centro di Astrofisica | Harvard e Smithsonian. Lavoro su Chandra da prima del suo lancio, 25 anni fa, ed è stato un piacere vedere cosa può insegnare l'osservatorio agli astronomi sull'universo.
Buchi neri supermassicci e le loro galassie ospiti
Gli astronomi hanno trovato buchi neri supermassicci, che hanno masse da dieci a 100 milioni di volte quella del nostro Sole, nei centri di tutte le galassie. Questi buchi neri supermassicci sono per lo più seduti lì in modo pacifico e gli astronomi possono rilevarli osservando l'attrazione gravitazionale che esercitano sulle stelle vicine.
Ma a volte, stelle o nuvole cadono in questi buchi neri, il che li attiva e fa sì che la regione vicina al buco nero emetta molti raggi X. Una volta attivati, vengono chiamati nuclei galattici attivi, AGN o quasar.
Io e i miei colleghi volevamo capire meglio cosa succede alla galassia ospite una volta che il suo buco nero si trasforma in un AGN. Abbiamo scelto una galassia, ESO 428-G014, da osservare con Chandra.
Un AGN può eclissare la sua galassia ospite, il che significa che dall’AGN proviene più luce di tutte le stelle e gli altri oggetti della galassia ospite. L’AGN deposita inoltre molta energia entro i confini della galassia che lo ospita. Questo effetto, che gli astronomi chiamano feedback, è un ingrediente importante per i ricercatori che stanno costruendo simulazioni che modellano il modo in cui l’universo si evolve nel tempo. Ma non sappiamo ancora quale ruolo giochi l'energia di un AGN nella formazione delle stelle nella galassia che lo ospita.
Fortunatamente, le immagini di Chandra possono fornire informazioni importanti. Utilizzo tecniche computazionali per creare ed elaborare immagini dall'osservatorio che possano parlarmi di questi AGN.
Il buco nero supermassiccio attivo in ESO 428-G014 produce raggi X che illuminano una vasta area, estendendosi fino a 15.000 anni luce di distanza dal buco nero. L'immagine di base che ho generato di ESO 428-G014 con i dati Chandra mi dice che la regione vicino al centro è la più luminosa e che c'è una regione ampia e allungata di emissione di raggi X.
Gli stessi dati, con una risoluzione leggermente superiore, mostrano due regioni distinte con elevate emissioni di raggi X. C'è una "testa" che racchiude il centro e una "coda" leggermente ricurva che si estende da questa regione centrale.
Posso anche elaborare i dati con un algoritmo di livellamento adattivo che porta l'immagine a una risoluzione ancora più elevata e crea un'immagine più chiara di come appare la galassia. Questo mostra nubi di gas attorno al centro luminoso.
La mia squadra è stata in grado di vedere alcuni dei modi in cui l'AGN interagisce con la galassia. Le immagini mostrano venti nucleari che spazzano la galassia, nubi dense e gas interstellare che riflettono la luce dei raggi X e getti che emettono onde radio che riscaldano le nuvole nella galassia.
Queste immagini ci insegnano come funziona in dettaglio questo processo di feedback e come misurare la quantità di energia depositata da un AGN. Questi risultati aiuteranno i ricercatori a produrre simulazioni più realistiche di come si evolve l'universo.
L'anno 2024 segna il 25° anno da quando Chandra ha iniziato a effettuare osservazioni del cielo. Io e i miei colleghi continuiamo a dipendere da Chandra per rispondere a domande sull'origine dell'universo che nessun altro telescopio può fare.
Fornendo agli astronomi dati sui raggi X, i dati di Chandra integrano le informazioni del telescopio spaziale Hubble e del telescopio spaziale James Webb per dare agli astronomi risposte uniche a domande aperte in astrofisica, come ad esempio da dove provengono i buchi neri supermassicci trovati al centro di tutte le galassie. da.
Per questa particolare domanda, gli astronomi hanno utilizzato Chandra per osservare una galassia lontana osservata per la prima volta dal telescopio spaziale James Webb. Questa galassia emetteva la luce catturata da Webb 13,4 miliardi di anni fa, quando l'universo era giovane. I dati a raggi X di Chandra hanno rivelato un brillante buco nero supermassiccio in questa galassia e hanno suggerito che i buchi neri supermassicci potrebbero formarsi dal collasso delle nubi nell'universo primordiale.
L’imaging nitido è stato cruciale per queste scoperte. Ma si prevede che Chandra durerà solo altri 10 anni. Per continuare la ricerca di risposte, gli astronomi dovranno iniziare a progettare un osservatorio a raggi X "super Chandra" che potrebbe succedere a Chandra nei decenni futuri, anche se la NASA non ha ancora annunciato alcun piano preciso in tal senso.
Fornito da The Conversation
Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale. 
