Gli astronomi hanno scoperto un processo unico per il modo in cui le galassie ellittiche più grandi dell’universo continuano a creare stelle molto tempo dopo il loro picco di nascita. La squisita alta risoluzione e sensibilità alla luce ultravioletta del telescopio spaziale Hubble della NASA ha permesso agli astronomi di vedere brillanti nodi di stelle calde e blu che si formano lungo i getti di buchi neri attivi che si trovano al centro di galassie ellittiche giganti. Combinando i dati di Hubble con le osservazioni di una suite di telescopi terrestri e spaziali, due team indipendenti hanno scoperto che il buco nero, i getti e le stelle appena nate fanno tutti parte di un ciclo autoregolante. I getti ad alta energia che sparano dal buco nero riscaldano un alone di gas circostante, controllando la velocità con cui il gas si raffredda e cade nella galassia.
Osservazioni di Hubble della densità dei gas rispetto alle simulazioni al computer
In alto: osservazioni effettive di Hubble della densità dei gas nella porzione centrale di due galassie. In basso: le simulazioni al computer dei nodi di formazione stellare nelle due galassie mostrano come il gas che cade nel centro di una galassia sia controllato dai getti del buco nero centrale. “Pensa al gas che circonda una galassia come a un’atmosfera”, ha spiegato la responsabile del primo studio, Megan Donahue della Michigan State University. “Quell’atmosfera può contenere materiale in stati diversi, proprio come la nostra atmosfera ha gas, nuvole e pioggia. Quello che stiamo vedendo è un processo come un temporale. Quando i getti spingono il gas verso l’esterno dal centro della galassia, parte di quel gas si raffredda e precipita in grumi freddi che ricadono verso il centro della galassia come gocce di pioggia “.
“Le ‘gocce di pioggia’ alla fine si raffreddano abbastanza da diventare nuvole di gas molecolare freddo che formano stelle, e le capacità uniche dell’ultravioletto di Hubble ci hanno permesso di osservare direttamente queste ‘piogge’ di formazione stellare“, ha spiegato il responsabile del secondo studio, Grant Tremblay della Yale University. “Sappiamo che queste docce sono collegate ai getti perché si trovano in filamenti e viticci che avvolgono i getti o abbracciano i bordi delle bolle giganti che i getti hanno gonfiato”, ha detto Tremblay, “E finiscono per creare un vortice ‘pozzanghera’ di gas che forma le stelle attorno al buco nero centrale.
Ma quello che dovrebbe essere un monsone di pioggia di gas è ridotto a una semplice pioggerella dal buco nero. Mentre un po ‘di gas che scorre verso l’esterno si raffredderà, il buco nero riscalda il resto del gas intorno a una galassia, il che impedisce all’intero involucro gassoso di raffreddarsi più rapidamente. L’intero ciclo è un meccanismo di feedback autoregolante, come il termostato sul sistema di riscaldamento e raffreddamento di una casa, perché la “pozza” di gas attorno al buco nero fornisce il carburante che alimenta i getti. Se si verifica un raffreddamento eccessivo, i getti diventano più potenti e aggiungono più calore. E se i getti aggiungono troppo calore, riducono la loro fornitura di carburante e alla fine si indeboliscono.
Questa scoperta spiega il mistero del motivo per cui molte galassie ellittiche nell’universo di oggi non sono in fiamme con un più alto tasso di nascita di stelle. Per molti anni, è rimasta la domanda sul perché le galassie inondate di gas non trasformano tutto quel gas in stelle. I modelli teorici dell’evoluzione della galassia prevedono che le galassie odierne più massicce della Via Lattea dovrebbero essere piene di formazione stellare, ma non è così. Ora gli scienziati capiscono questo caso di sviluppo bloccato, in cui un ciclo di riscaldamento e raffreddamento tiene sotto controllo la nascita delle stelle. Una leggera pioggerellina di gas di raffreddamento fornisce carburante sufficiente per i getti del buco nero centrale per mantenere caldo il resto del gas della galassia. I ricercatori dimostrano che le galassie non hanno bisogno di eventi fantastici e catastrofici come le collisioni di galassie per spiegare le piogge di nascita stellare che vedono.
Lo studio condotto da Donahue ha esaminato la luce ultravioletta lontana da una varietà di galassie ellittiche enormi trovate nel Cluster Lensing And Supernova Survey with Hubble (CLASH), che contiene galassie ellittiche nell’universo lontano. Queste includevano galassie che piovono e formano stelle, e altre che non lo sono. In confronto, lo studio di Tremblay e dei suoi colleghi ha esaminato solo le galassie ellittiche nell’universo vicino con fuochi d’artificio al centro. In entrambi i casi, i filamenti e i nodi della nascita stellare sembrano essere fenomeni molto simili. Un precedente studio indipendente, condotto da Rupal Mittal del Rochester Institute of Technology e dal Max Planck Institute for Gravitational Physics, ha analizzato anche i tassi di natalità delle stelle nelle stesse galassie del campione di Tremblay.
I ricercatori sono stati aiutati da una nuova ed entusiasmante serie di simulazioni al computer dell’idrodinamica dei flussi di gas sviluppate da Yuan Li dell’Università del Michigan. “Questa è la prima volta che abbiamo modelli in mano che prevedono come dovrebbero apparire queste cose“, spiega Donahue. “E quando confrontiamo i modelli con i dati, c’è un’incredibile somiglianza tra gli acquazzoni che formano le stelle che osserviamo e quelli che si verificano nelle simulazioni. Stiamo ottenendo una visione fisica che possiamo poi applicare ai modelli.
Insieme a Hubble, che mostra dove si trovano le vecchie e le nuove stelle, i ricercatori hanno utilizzato il Galaxy Evolution Explorer (GALEX), l’Herschel Space Observatory, lo Spitzer Space Telescope, il Chandra X-ray Observatory, il X-ray Multi-Mirror Mission (XMM-Newton), Jansky Very Large Array (JVLA) del National Radio Astronomy Observatory (NRAO), Kitt Peak WIYN da 3,5 metri del National Optical Astronomy Observatory (NOAO) e il telescopio Magellan Baade da 6,5 metri. Insieme, questi osservatori dipingono il quadro completo di dove si trova tutto il gas, dal più caldo al più freddo. La suite di telescopi mostra come funzionano gli ecosistemi galattici, compreso il buco nero e la sua influenza sulla galassia che lo ospita e il gas che circonda quella galassia.
L’articolo di Donahue è stato pubblicato sull’Astrophysical Journal il 2 giugno 2015. L’articolo di Tremblay è stato pubblicato negli avvisi mensili della Royal Astronomical Society il 29 giugno 2015. Il telescopio spaziale Hubble è un progetto di cooperazione internazionale tra la NASA e l’Agenzia spaziale europea. Il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland, gestisce il telescopio. Lo Space Telescope Science Institute (STScI) di Baltimora, nel Maryland, conduce le operazioni scientifiche di Hubble. STScI è gestito per la NASA dalla Association of Universities for Research in Astronomy, a Washington.
Fonte: nasa.gov
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