Il quasar produce alti livelli di radiazione e potenti getti, ma ha meno influenza sul suo ambiente di quanto ci si aspettasse.
Gli astronomi hanno rivelato che un brillante buco nero supermassiccio non sta rispettando le aspettative. Sebbene sia responsabile di alti livelli di radiazione e potenti getti, questo gigantesco buco nero non è così influente sul suo ambiente come molti dei suoi omologhi in altre galassie.
Uno studio, utilizzando i dati dell’osservatorio a raggi X Chandra della NASA, ha esaminato il quasar più vicino alla Terra. Conosciuto come H1821+643, questo quasar si trova a circa 3,4 miliardi di anni luce dalla Terra e si trova in un ammasso di galassie. I quasar sono una rara e estrema classe di buchi neri supermassicci che attirano furiosamente materiale verso l’interno, producendo intensa radiazione e talvolta potenti getti.
“Il desiderio di indagare meglio su questo notevole quasar con la vista acuta di Chandra mi ha accompagnato per molto tempo”, ha detto Brandt. “Sospettavo che l’impressionante pirotecnica di questo quasar non implicasse un impatto ambientale altrettanto impressionante. Sono felice che la nostra determinazione abbia alla fine pagato e confermato i miei sospetti!”
Nel centro di questa immagine si trova il quasar H1821+643, un buco nero supermassiccio in rapida crescita che gli astronomi hanno scoperto essere sottoperformante, nonostante produca intensa radiazione e un getto di particelle visto nei dati radio dal Very Large Array, in rosso. Situato nel mezzo di un ammasso di galassie, H1821+643 è circondato da enormi quantità di gas caldo rilevato nei raggi X da Chandra, in blu. Le alte temperature e densità del gas caldo intorno al quasar mostrano che il buco nero sta avendo un impatto più debole sulla sua galassia ospite rispetto a molti dei suoi omologhi in altri ammassi di galassie. H1821+643 è il quasar più vicino alla Terra in un ammasso di galassie. Si trova a 3,4 miliardi di anni luce dalla Terra e l’immagine copre circa un milione di anni luce di distanza dal quasar.
Impatto del quasar: un esame dettagliato
La maggior parte dei buchi neri supermassicci in crescita attira materiale meno rapidamente dei quasar. Gli astronomi hanno studiato l’impatto di questi buchi neri più comuni osservando quelli nei centri degli ammassi di galassie. Le regolari eruzioni di tali buchi neri impediscono alle enormi quantità di gas surriscaldato in cui sono immersi di raffreddarsi, limitando così il numero di stelle che si formano nelle loro galassie ospiti e la quantità di combustibile che viene incanalata verso il buco nero. Molto meno si sa su quanto influenza abbiano i quasar negli ammassi di galassie sul loro ambiente.
“Abbiamo scoperto che il quasar nel nostro studio sembra aver rinunciato a gran parte del controllo imposto dai buchi neri in crescita più lenta”, ha detto Helen Russell dell’Università di Nottingham nel Regno Unito, che ha guidato il nuovo studio. “L’appetito del buco nero non è all’altezza della sua influenza.”
Svelare il paradosso cosmico
Per giungere a questa conclusione, il team ha utilizzato Chandra per studiare il gas caldo in cui H1821+643 e la sua galassia ospite sono avvolti. Tuttavia, i raggi X brillanti del quasar hanno reso difficile studiare i raggi X più deboli provenienti dal gas caldo.
“Dovevamo rimuovere con attenzione l’abbagliamento dei raggi X per rivelare quale fosse l’influenza del buco nero”, ha detto il coautore Paul Nulsen del Center for Astrophysics, Harvard e Smithsonian. ”Abbiamo potuto vedere che in realtà sta avendo poco effetto sul suo ambiente.”
Dinamiche del gas e implicazioni future
Il team ha scoperto che la densità di gas vicino al buco nero al centro della galassia è molto più alta e le temperature del gas molto più basse rispetto alle regioni più lontane. Gli scienziati si aspettano che il gas caldo si comporti in questo modo quando ci sono poche o nessuna fonte di energia – tipicamente eruzioni da un buco nero – per impedire al gas caldo di raffreddarsi e fluire verso il centro dell’ammasso.
“Il gigantesco buco nero sta generando molto meno calore rispetto alla maggior parte degli altri nei centri degli ammassi di galassie”, ha detto la coautrice Lucy Clews dell’Open University nel Regno Unito. “Ciò consente al gas caldo di raffreddarsi rapidamente e formare nuove stelle, e agisce anche come fonte di combustibile per il buco nero.”
I ricercatori hanno determinato che il gas caldo equivalente a circa 3.000 volte la massa del sole all’anno si sta raffreddando al punto da non essere più visibile nei raggi X. Questo rapido raffreddamento può facilmente fornire abbastanza materiale per le 120 masse solari di nuove stelle osservate che si formano nella galassia ospite ogni anno, e le 40 masse solari consumate dal buco nero ogni anno.
Il team ha anche esaminato la possibilità che la radiazione del quasar stia causando direttamente il raffreddamento del gas caldo dell’ammasso. Ciò coinvolge i fotoni di luce del quasar che collidono con gli elettroni nel gas caldo, causando ai fotoni di diventare più energetici e agli elettroni di perdere energia e raffreddarsi. Lo studio del team ha mostrato che questo tipo di raffreddamento probabilmente sta avvenendo nell’ammasso contenente H1821+643, ma è troppo debole per spiegare la grande quantità di gas raffreddato osservata.
“Sebbene questo buco nero possa essere sottoperformante non pompando calore nel suo ambiente, l’attuale stato delle cose probabilmente non durerà per sempre”, ha detto il coautore Thomas Braben dell’Università di Nottingham. “Alla fine, l’assunzione rapida di combustibile da parte del buco nero dovrebbe aumentare la potenza dei suoi getti e riscaldare fortemente il gas. La crescita del buco nero e della sua galassia dovrebbe quindi rallentare drasticamente.”