Echi dal passato in tutta la galassia

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Una nuova classe di galassie è stata identificata grazie alle osservazioni del Very Large Telescope, del telescopio Gemini Sud e del CFHT (Canada-France-Hawaii Telescope). Soprannominate galassie “green bean” (fagiolino) a causa del loro aspetto insolito, risplendono della luce intensa emessa da un enorme buco nero centrale supermassiccio e sono tra gli oggetti più rari dell’Universo.

Molte sono le galassie che possiedono un buco nero centrale che illumina il gas circostante; nel caso delle galassie “fagiolino”, invece, è l’intera galassia a risplendere, non solo il nucleo. Queste nuove osservazioni hanno perciò rivelato le regioni più grandi e brillanti mai trovate finora, che si pensa risplendano sotto l’influsso di un buco nero centrale, molto attivo nel passato ma che ora si sta spegnendo.

La scoperta è stata realizzata da Mischa Schirmer (in forze all’Osservatorio Gemini Sud – Cile) che, mentre esaminava immagini del lontano universo alla ricerca di ammassi di galassie, si è imbattuto in uno di questi oggetti in una delle riprese deep-field effettuate con lo strumento MegaCam CFHT(nell’ambito della Survey CFHT Legacyrecentemente conclusasi), rimanendo stupefatto: sembrava una galassia, ma era di un verde brillante e diversa da qualsiasi altra galassia che avesse mai visto prima… insomma, qualcosa di totalmente inaspettato.

“Ho subito inviato una proposta di osservazione al VLT dell’ESO per scoprire che cosa stava producendo quella strana luce verde [1] e L’ESO, molto rapidamente, mi ha concesso tempo speciale di osservazione e pochi giorni dopo la sottomissione della proposta questo oggetto bizzarro era stato osservato con il VLT”, dice Schirmer. “Dieci minuti dopo l’osservazione in Cile, avevo i dati nel mio computer in Germania. Ben presto ho ri-orientato  tutta la mia attività di ricerca, poichè sembrava chiaro che mi ero imbattuto in qualcosa di veramente nuovo”.

Il nuovo oggetto è stato chiamato J224024.1−092748 o J2240, si trova nella costellazione dell’Acquario e la sua luce ha impiegato circa 3,7 miliardi di anni per raggiungere la Terra. Dopo la scoperta, l’equipe di Schirmer ha esaminato una lista di quasi un miliardo di galassie [2] trovandone altre 16 con proprietà simili, confermate poi da osservazioni effettuate al telescopio Gemini Sud.

Queste galassie sono così rare che in media se ne trova solo una per ogni cubo di 1,3 miliardi di anni luce di lato. Questa nuova classe di galassie è stata soprannominata “green bean” (galassie “fagiolino”) a causa del loro colore e al fatto che assomigliano – ma in grande – alle galassie “green pea” (galassie “pisello verde”) [3]. In molte galassie, la materia che circonda il buco nero supermassiccio centrale emana un’intensa radiazione e ionizza il gas circostante in modo da farlo brillare. Queste brillanti regioni  sono però di solito di piccole dimensioni, fino al 10% del diametro della galassia. Invece, le osservazioni di J2240 hanno mostrato che in questo caso (come anche nelle altre galassie “fagiolino” finora individuate), questa regione è veramente enorme, grande come l’intera galassia: l’ossigeno ionizzato si illumina di verde brillante, il che spiega il colore strano che ha attirato fin dal principio l’attenzione di Schirmer.

“Queste regioni incandescenti sono delle fantastiche sonde che ci possono permettere di capire meglio la fisica della galassie, è come infilare un termometro in una galassia lontanissima” dice Schirmer. “Di solito, infatti, non sono molto grandi nè molto luminose e possono essere individuate solo in alcune galassie vicine. Invece le galassie appena scoperte contengono regioni incandescenti così grandi e brillanti che possono essere osservate in gran dettaglio, anche se molto lontane”.

Ma le stranezze non sono finite qui. La successiva analisi dei dati da parte dell’equipe ha rivelato infatti un altro rompicapo. J2240 sembrava avere un buco nero non molto attivo al centro, sicuramente meno di quanto ci si attendesse dalla dimensione e dall’intensità della regione illuminata. L’equipe pensa che le regioni incandescenti siano un’eco del passato, di quando cioè il buco nero centrale era molto più attivo, e che diventeranno sempre meno brillanti a mano a mano che le ultime radiazioni dal buco nero attraversando la galassia si perderanno nello spazio [4].

Queste galassie perciò potrebbero essere anche degli evidenziatori di una fase fugace nella vita della galassia.

Credit: CFHT/ESO/M. Schirmer. Music: movetwo

Nell’Universo primordiale le galassie erano mediamente più attive, gli enormi buchi neri al centro crescevano inghiottendo il gas e le stelle circostanti producendo così fino a 100 volte più luce di tutte le stelle della galassia messe insieme. Eco luminose come quella vista in J2240 permettono agli astronomi di studiare il processo di spegnimento dei nuclei attivi e di comprendere meglio la loro storia: di quando, come e perchè smettono, e perchè ora vediamo solo una piccola frazione attiva nelle galassie più giovani. Questo è il prossimo obiettivo dell’equipe, che verrà perseguito con ulteriori indagini spettroscopiche e con i raggi X. “Scoprire qualcosa di veramente nuovo è il sogno fatto di un astronomo che diviene realtà, un evento unico nella vita”, conclude Schirmer. “È molto stimolante!”

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Ulteriori Informazioni

Questo lavoro è stato presentato nell’articolo “A sample of Seyfert-2 galaxies with ultra-luminous galaxy-wide NLRs – Quasar light echos?”, che verrà pubblicato sulla rivista “The Astrophysical Journal”.

L’equipe è composta da M. Schirmer (Gemini Observatory, Cile; Argelander-Institut für Astronomie, Universität Bonn, Germania), R. Diaz (Gemini Observatory, Cile), K. Holhjem (SOAR Telescope, Cile), N. A. Levenson (Gemini Observatory, Cile) e C. Winge (Gemini Observatory, Cile).

Note
[1] Gli astronomi hanno studiato l’oggetto con il potente spettrografo X-Shooter sul VLT. Dividendo la luce nei suoi colori componenti hanno potuto identificare la composizione del materiale che produce la radiazione e scoprire perchè era così luminoso.

[2] La ricerca ha fatto uso dell’enorme database online dalla SDSS (Sloan Digital Sky Survey).

[3] Le galassie “green pea” (“pisello verde”) sono piccole e luminose e sono in un periodo di vigorosa formazione stellare. Sono state identificate per la prima volta nel 2007 dai partecipanti al progetto di crowd-sourcing “Galaxy Zoo”. A differenza dei “fagiolini”, queste galassie sono molto piccole – la nostra galassia, la Via Lattea, contiene una massa equivalente a quella di 200 galassie “pisello verde”. La somiglianza tra galassie “fagiolino” e galassie “pisello verde” è solo nell’aspetto e la maggior parte di esse non sono strettamente collegate.

[4] In molte galassie attive la vista del buco nero centrale è bloccata da grandi quantità di polvere, che rendono difficile misurare l’attività del buco nero. Per controllare se le galassie “fagiolino” sono veramente diverse dalle altre galassie in cui il centro è oscurato, gli astronomi hanno controllato la radiazione prodotta da queste galassie a lunghezze d’onda infrarosse, molto più lunghe di quelle visibili, che penetrano anche le nubi spesse di polvere. Le regioni centrali di J2240 e delle altre galassie “fagiolino” si sono rivelate molto più deboli del previsto. Ciò significa che realmente il nucleo attivo è molto più debole di quanto si deriva dalla luminosità delle nubi incandescenti.