Ritratto del blazar più lontano che c’è

La luce di questa galassia lontanissima ed energetica risale a quando l’universo aveva meno di un miliardo di anni

Il blazar più distante mai osservato si trova a circa 12,8 miliardi di anni luce dalla Terra: osservato da un gruppo di ricercatrici e ricercatori italiani tra aprile e maggio 2020, è stato classificato con la sigla Pso J030947.49 + 271757.31. Ora, grazie al Very Long Baseline Array (Vlba) della National Science Foundation statunitense, abbiamo anche una sua “fotografia” ad alta definizione: a scattarla, un team guidato da Cristiana Spingola, astrofisica dell’Università di Bologna e associata Inaf, prima autrice dello studio pubblicato il mese scorso su Astronomy & Astrophysics. I blazar sono fra le sorgenti del cielo più intensamente variabili.  In particolare, questo è in una galassia che fa parte di una particolare sottoclasse dei nuclei galattici attivi (in inglese active galactic nuclei o Agn): i radio-loud Agn, potentissime sorgenti di segnali radio alimentate dal buco nero supermassiccio ospitato nel loro centro, espellono immensi e potenti getti di materia a velocità vicine a quella della luce. Pso J0309+27  è anche il radio-blazar più luminoso mai studiato finora a questa distanza. «È sorprendente che nelle ultime osservazioni radio questo candidato blazar mostri delle caratteristiche fuori dal comune. Infatti, il profilo dello spettro radio e l’aspetto core-jet delle osservazioni Vlba non fanno presumere un’orientazione del getto particolarmente allineata con la linea di vista, a differenza di quanto si potrebbe ipotizzare in base alla sua emissione nei raggi X», spiega Daniele Dallacasa, anch’egli astrofisico all’Università di Bologna e associato all’Inaf Ira di Bologna, secondo autore dello studio su A&A. «Potremmo avere colto una giovane sorgente dove si è insediato stabilmente il processo responsabile dell’emissione X, mentre è ancora in fase di avvio quello responsabile della radio emissione. In alternativa la sorgente potrebbe essere caratterizzata da un getto che trasporta plasma magnetizzato relativistico più lentamente di quanto avvenga in oggetti più vicini a noi». La radiazione che dal blazar arriva ai telescopi terrestri risale a quando l’universo aveva meno di un miliardo di anni, ovvero circa il 7 per cento della sua età attuale. Dall’immagine si evince che l’emissione radio più brillante proviene dal nucleo della galassia, in basso a destra: il getto, alimentato dalla forza di gravità di un buco nero supermassiccio al centro, si sposta verso l’angolo superiore sinistro. Il getto si estende per circa 1600 anni luce. Media Inaf

Gn-z11 è ancora la galassia più antica e distante

Gn-z11 non è una nuova conoscenza: già nel 2016 attraverso le osservazioni di Hubble Space Telescope avevamo capito che la galassia è la più lontana e antica di tutte quelle che abbiamo finora osservato. Dalle analisi condotte con Hubble si è dedotto che la galassia si trovi a 13,4 miliardi di anni luce di distanza da noi e che si sia formata quando l’universo aveva solo 400 milioni di anni di età. Ora, attraverso i dati dell’Osservatorio Keck-I sito sul Mauna Kea, alle Hawaii, la scoperta ha ricevuto una conferma sperimentale indipendente. Lo studio, guidato dall’Università di Tokyo e pubblicato su Nature Astronomy, ha permesso di misurare la distanza di Gn-z11 sfruttando le frequenze ultraviolette. Siccome l’universo è in continua espansione, quando un oggetto lontano emette radiazione luminosa questa viene stirata mano mano che la sorgente si allontana da noi: una cosa in qualche misura simile a quello che avviene con il famoso effetto Doppler della sirena dell’ambulanza che si allontana da chi la ascolta – anche se nel nostro caso, più che di oggetti che si allontanano, dovremmo parlare di spazio fra loro che si estende. A causa di questo stiramento, le frequenze della radiazione emessa dalle galassie in allontanamento tendono ad arrossarsi – un fenomeno noto come redshift, o più propriamente come redshift cosmologico – e più la galassia è lontana più il redshift è grande, perché ha attraversato una porzione maggiore di universo in espansione. Per conoscere il redshift è però necessario conoscere le caratteristiche della radiazione inviata dalla sorgente per poterle confrontare con quelle della radiazione in arrivo. Il gruppo di ricercatori si è quindi concentrato su alcune firme lasciate dalle molecole di carbonio e di ossigeno nella luce ultravioletta che hanno delle caratteristiche riconoscibili anche una volta che la radiazione ha subito il redshift. «Abbiamo guardato alla luce ultravioletta proprio perché in quella regione dello spettro elettromagnetico ci aspettavamo di trovare quelle firme chimiche dopo il redshift» ha detto Kashikawa, il primo autore dello studio. «Hubble Space Telescope ha trovato altre firme simili nello spettro di Gn-Z11. Ma Hubble non è in grado di osservare le linee di emissione nell’ultravioletto al livello di dettaglio che ci serviva». Tramite lo strumento Mosfire del Keck-I tale livello di dettaglio è invece raggiungibile, e il team di ricercatori ha pertanto potuto ottenere – oltre a una conferma del risultato di Hubble – un risultato cento volte più preciso per il redshift, e quindi per la distanza, di Gn-z11. A meno di smentite future, quindi, la galassia Gn-z11 risulta la più lontana e antica che abbiamo mai osservato. Media Inaf

La galassia più lontana

Un team di ricercatori del Caltech che ha passato anni alla ricerca delle sorgenti più remote dell’Universo ha annunciato la scoperta di quella che sembra essere la galassia più distante mai osservata. In un articolo pubblicato lo scorso 28 agosto su Astrophysical Journal Letters, Adi Zitrin, un ricercatore post-doc che lavora nel team Hubble alla NASA, e Richard Ellis, da poco in pensione dopo aver passato 15 anni al Caltech, ora professore di astrofisica presso l’University College di Londra, descrive la scoperta di una galassia chiamata EGS8p7 di oltre 13.2 miliardi di anni. L’Universo stesso ha circa 13.8 miliardi di anni di età. All’inizio di quest’anno EGS8p7 era stata segnalata per ulteriori indagini sulla base di dati raccolti dai telescopi spaziali Hubble e Spitzer della NASA. Utilizzando lo spettrometro multi-oggetto per l’esplorazione a infrarossi (multi-object spectrometer for infrared exploration, MOSFIRE) presso l’osservatorio WM Keck alle Hawaii, i ricercatori hanno potuto effettuare un’analisi spettrografica della galassia e determinare il suo redshift. Il redshift (letteralmente “spostamento verso il rosso”) della luce proveniente dalle galassie è dovuto all’effetto Doppler, lo stesso fenomeno che ci fa percepire la sirena dell’ambulanza aumentare e diminuire di frequenza rispettivamente quando si avvicina e si allontana da noi. Analogamente, quando un oggetto celeste si allontana da noi, la sua luce viene “stirata” e quindi ne osserviamo uno spostamento verso lunghezze d’onda più rosse. Il redshift è tipicamente utilizzato per misurare la distanza delle galassie, ma è difficile stimarlo con precisione quando si stanno indagando le regioni più remote dell’Universo. Immediatamente dopo il Big Bang l’universo era un magma di particelle cariche (elettroni e protoni) e di luce (fotoni). Siccome i fotoni si trovavano immersi in un mezzo troppo denso, rimbalzavano continuamente da una particella all’altra, e quindi in questa fase l’Universo non poteva far passare la luce. Circa 380.000 anni dopo il Big Bang, l’Universo ha raggiunto una temperatura sufficientemente bassa a permettere ad elettroni e protoni di combinarsi formando atomi di idrogeno neutro. A partire da quel momento la luce ha potuto viaggiare indisturbata attraverso il cosmo. In seguito, quando l’Universo aveva un’età compresa tra mezzo miliardo e un miliardo di anni, hanno iniziato a formarsi le prime galassie, che accendendosi hanno reionizzato il gas neutro. L’Universo rimane tutt’oggi ionizzato. Prima della reionizzazione, tuttavia, si ritiene che le nubi di idrogeno neutro abbiano assorbito determinate radiazioni emesse dalle galassie in formazione. Tra queste radiazioni è compresa la cosiddetta linea Lyman-alpha, la firma spettrale di un gas di idrogeno caldo riscaldato da luce ultravioletta, un indicatore comunemente usato per tracciare la formazione stellare. A causa di questo assorbimento, in teoria, non dovrebbe essere possibile osservare una linea Lyman-alfa proveniente da EGS8p7. «Se si osservano le galassie nell’universo primordiale, si vede anche un sacco di idrogeno neutro che non è trasparente a questa emissione», dice Zitrin. «Ci aspettiamo che la maggior parte delle radiazioni emesse da questa galassia venga assorbita dall’idrogeno che la circonda. Eppure siamo riusciti a vedere la linea Lyman-alfa da questa galassia». Per ottenere questo dato inaspettato è stato utilizzato lo spettrometro MOSFIRE, che è in grado di registrare la composizione chimica di stelle e galassie lontane nelle lunghezze d’onda del vicino infrarosso (0.97-2.45 micron). «L’aspetto sorprendente della scoperta è che abbiamo rilevato questa linea Lyman-alfa in una galassia apparentemente debole ad un redshift di 8.68, che corrisponde ad un periodo in cui l’Universo dovrebbe essere ricco di nubi di idrogeno», spiega Ellis. Prima di questa scoperta, la galassia più lontana mai rilevata aveva un redshift di 7.73. I ricercatori sostengono che una possibile spiegazione per l’osservazione di questa galassia nonostante l’assorbimento da parte dell’idrogeno è che la reionizzazione non sia avvenuta in modo uniforme. «Diverse osservazioni indicano che il processo di reionizzazione è avvenuto in maniera irregolare», dice Zitrin. «Attualmente stiamo cercando di stimare con precisione la probabilità di osservare emissioni simili da galassie come questa. Vogliamo capire se c’è bisogno di rivedere le tempistiche della reionizzazione, una delle questioni chiave per migliorare la nostra comprensione dell’evoluzione dell’Universo», conclude Zitrin.
di Elisa Nichelli (INAF)

La galassia più luminosa

Questa galassia si trova a 12,5 miliardi di anni luce ed è meglio osservabile nell’infrarosso. Si tratta anche della galassia più luminosa mai osservata: brilla con la luce di 300 mila miliardi di stelle. La galassia è stata individuata nel 2010 dal telescopio per l’infrarosso WISE. Appartiene ad una nuova classe do oggetti celesti, le super galassie primordiali, recentemente scoperta da WISE. Nel centro della galassia record (WISE J224607.57 – 052635.0) si nasconde probabilmente un BUCO NERO ancora più antico, intorno al quale vorticano miliardi di stelle e materia calda che mette raggi X e ultravioletti.
Da Orione agosto 2015 pagina 9 “La galassia più luminosa dell’universo”.

Galassie nane ultracompatte nel Gruppo Locale

Una galassia nana è una galassia composta da alcuni miliardi di stelle, poche se confrontate con le circa 200/400 miliardi di stelle della Via Lattea, la nostra galassia. La Grande Nube di Magellano, con oltre 30 miliardi di stelle, è a volte classificata come galassia nana. Il suo nome è dovuto al prefisso d (Dwarf, in lingua inglese “nano”) che precede la categoria della galassia. Le galassie nane orbitano normalmente intorno a galassie molto più grandi. Essendo oggetti non molto luminosi, sono note soltanto le galassie nane del Gruppo locale, ovvero dell’ammasso di galassie di cui fanno parte la Via Lattea, la Galassia di Andromeda e la Galassia del Triangolo. La Via Lattea possiede 14 galassie nane conosciute in orbita attorno ad essa. Le galassie nane si differenziano in diverse specie in base alla morfologia:

• Galassie nane ellittiche (dE)
• Galassie nane sferoidali (dSph)
• Galassie Nane Irregolari (dI)

Alcune galassie nane note sono quelle ellittiche del Sagittario e del Cane Maggiore. È stata scoperta recentemente una nuova tipologia: le galassie nane ultra-compatte, caratterizzate da dimensioni molto piccole: 100 – 200 anni luce di diametro.

Una Galassia nana ultra-compatta (UCD, Ultra-Compact Dwarf) è una nuova tipologia di galassie nane, scoperta da alcuni astrofisici nel 2003, che hanno pubblicata la notizia su Nature il 29 maggio 2003. Alcune di esse sono state individuate nell’Ammasso della Fornace, a 60 milioni di anni luce di distanza. La loro dimensione varia tra i 100 e 200 anni luce. Nella foto la classificazione delle galassie o  Hubble sequence (Wikipedia).

Incontro galattico

Non si tratta propriamente di un evento in attesa di essere osservato da noi astrofili — per gli ovvi motivi che seguono — ma riteniamo sia comunque interessante parlarne.
Certo, non potremo assistervi di persona, ma non tanto perché non abbiamo la fortuna di vivere a lungo come la nostra madre Terra, quanto perché, almeno secondo certe stime, il nostro pianeta fra un paio di miliardi di anni sarà totalmente inabitabile a causa dell’elevato aumento di temperatura del Sole durante l’autunno della sua esistenza.
E’ oramai appurato che tra 4 miliardi di anni (anno più, anno meno) la Via Lattea subirà una collisione con la grande nebulosa di Andromeda (M31), una galassia distante 2.5 milioni di anni luce che si sta avvicinando alla velocità di 400.000 km all’ora (che fanno circa 111 km al secondo). Sia La nostra galassia, sia M31 fanno parte, com’è noto, del cosiddetto Gruppo Locale, comprendente 3 sistemi giganti (le due sunnominate più M33) e una 50-ina di galassie nane alle quali appartengono le 2 Nubi di Magellano.
Difficile è comunque riuscire a stabilire se la collisione sarà frontale o solo di striscio, perché tutto dipende dai moti propri dei due membri coinvolti: basta infatti un’inezia nei movimenti laterali delle 2 galassie — ben al di sotto delle attuali possibilità di misurazione — per indurre un semplice “incontro” ravvicinato, più che uno “scontro” vero e proprio. Ma se questo dovesse di fatto verificarsi, vi sarebbe quasi certamente una ridistribuzione delle orbite della totalità delle stelle che le compongono, senza che tuttavia queste collidano fra loro, a causa delle enormi distanze che le separano.
Il nostro Sole in fase di gigante rossa assisterà all’evento e se potesse osservarlo vedrebbe una scena surreale come quella sopra rappresentata.
Il Galassiere

Quartetto galattico di Hickson

L’immagine di Hubble ci offre un quartetto (da sinistra a destra):  NGC 839, NGC 838, NGC 835 e NGC 833. Quattro delle sette galassie che compongono l’intero gruppo. Quattro brillanti galassie che si stagliano su uno sfondo costellato di galassie molto più lontane.

I gruppi compatti rappresentano alcune delle più alte concentrazioni di galassie conosciute nell’Universo, che li rende laboratori ideali per lo studio dei fenomeni strani e meravigliosi. I gruppi compatti Hickson in particolare, classificati dall’astronomo Paul Hickson nel 1980, sono sorprendentemente numerosi e si pensa possano contenere un numero insolitamente elevato di galassie con strane proprietà e comportamenti.
HCG 16 non fa eccezione. Le galassie al suo interno hanno intensi processi di formazione stellare e regioni centrali intensamente luminose. All’interno di questo gruppo unico, gli astronomi hanno trovato due LINERs, una Seyfert 2 galassia e tre galassie con intensa formazione stellare (starbursts).
Questi tre tipi di galassia sono tutti molto diversi, e ciascuno può aiutarci a scoprire qualcosa di diverso sul cosmo. Le galassie starbursts sono galassie dinamiche che producono nuove stelle a tassi molto più alti rispetto alle loro coetanee. Le Liners contengono gas riscaldati nei loro nuclei, che “sputano” fuori le radiazioni. In questa immagine NGC 839 è una  luminosa galassia LINER a raggi infrarossi e la sua compagna NGC 838 è una galassia LINER con un’intensa attività di formazione stellare e nessun buco nero centrale.
Le galassie, NGC 835 e NGC 833sono entrambi galassie  Seyfert 2 che hanno nuclei incredibilmente luminosi quando osservate ad altre lunghezze d’onda che non nella luce visibile, e ospitano buchi neri supermassicci attivi.
L’emissione di raggi X provenienti dal buco nero in NGC 833 (a destra) è così alto che suggerisce che la galassia sia stata spogliata di gas e polveri da interazioni con altre galassie avute in passato. E non è la sola ad avere avuto una storia violenta – la morfologia di NGC 839 (a sinistra) è probabilmente a causa di una fusione galattica nel recente passato, e lunghe code di gas incandescente si possono vedere che si estendono dalle galassie a destra della immagine.
Nella foto: TL’immagine ripresa dall’Hubble Space Telescope della NASA e dell’ESA e integrata con un immagine ripresa dall’ESO mostra 4 delle 7 galassie del gruppo di Hickson HGC 16
Redazione Media Inaf

CR7, la galassia distante più brillante

Usando il VLT (Very Large Telescope) dell’ESO, un gruppo di astronomi guidati da David Sobral, dell’Institute of Astrophysics and Space Sciences, della Faculty of Sciences dell’Università di Lisbona in Portogallo, e del Leiden Observatory nei Paesi Bassi, ha scoperto la galassia più brillante mai trovata nell’Universo primevo trovando anche le prove della presenza di stelle di prima generazione. Questi oggetti massicci e brillanti, finora solo previsti dalle teorie, hanno prodotto i primi elementi pesanti della storia – gli elementi necessari per forgiare le stelle oggi intorno a noi, i pianeti e la vita come la conosciamo. La nuova galassia, chiamata CR7, è tre volte più brillante della più brillante galassia distante nota finora. Gli astronomi hanno teorizzato a lungo l’esistenza di una prima generazione di stelle – note come stelle di Popolazione III – nate dalla materia primordiale del Big Bang. Il nome Popolazione III è nato perché gli astronomi avevano già classificato le stelle della Via Lattea come Popolazione I (stelle come il Sole, ricche di elementi pesanti e distribuite nel disco) e Popolazione II (stelle più vecchie, con un contenuto inferiore di elementi pesanti e presenti nell’alone, nel rigonfiamento centrale e negli ammassi globulari). Tutti gli elementi chimici più pesanti – ossigeno, azoto, carbonio e ferro, essenziali per la vita – sono stati prodotti all’interno delle stelle. Ciò significa che le prime stelle devono essersi formate dagli unici elementi che già esistevano: idrogeno, elio e tracce di litio. Queste stelle di Popolazione III sarebbero state enormi – parecchie centinaia o migliaia di volte più massicce del Sole – ardenti e transitorie – dovendo esplodere come supernove dopo solo due milioni di anni. Ma finora la ricerca di una prova fisica della loro esistenza è stata inconcludente. È difficile trovare queste stelle perché dovrebbero avere una vita molto breve, ed essere state luminose in un momento in cui l’Universo era più opaco. Gli esperti hanno sbirciato nell’antico Universo, verso un periodo noto come re-ionizzazione, all’incirca 800 milioni di anni dopo il Big Bang. Invece di svolgere uno studio ristretto ma profondo, in una piccola area di cielo, hanno ampliato la visuale per produrre la survey di galassie distanti più estesa cha mai sia stata tentata. Il loro studio dilatato è stato realizzato grazie al VLT con la collaborazione dell’Osservatorio W.M. Keck e del telescopio Subaru così come del telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA. L’equipe ha scoperto – e confermato – un numero di galassie molto giovani e sorprendentemente brillanti. Una di queste, indicata come CR7, era un oggetto eccezionalmente raro, la galassia di gran lunga più brillante mai osservata in questa fase del’Universo. Con la scoperta di CR7 e altre galassie brillanti, lo studio poteva considerarsi già un successo, ma ulteriori indagini hanno fornito altre notizie stimolanti. Il soprannome CR7 viene de COSMOS Redshift 7, una misura della sua posizione in termini di tempo cosmico. Maggiore il redshift, più lontana la galassia e più indietro lo vediamo nella storia dell’Universo. A1689-zD1, una delle galassie più vecchie mai osservata, ha un redshift di 7,5. CR7 si trova nel campo COSMOS, una piccola zona di cielo nella costellazione del Sestante studiata molto intensamente. Il soprannome è stato ispirato anche dal grande calciatore portoghese, Cristiano Ronaldo, noto anche come CR7. La galassia è tre volte più brillante del precedente record, Himiko, che si pensava fosse un unico nel suo genere in questa epoca così remota. Le galassie con polvere, in fasi successive della storia dell’Unvierso, possono irradiare più energia totale rispetto a CR7, sotto forma di radiazione infrarossa da polvere calda. L’energia di CR7 è soprattutto nella luce visibile e ultravioletta. Gli strumenti X-shooter e SINFONI sul VLT hanno trovato in CR7 una forte emissione dell’elio ionizzato ma – sorprendentemente – nessun segno di elementi più pesanti in una zona brillante della galassia. Ciò significa che l’equipe ha scoperto la prima evidenza significativa della presenza di gruppi di stelle di Popolazione III che hanno ionizzato il gas all’interno di una galassia nell’Universo primevo. L’equipe ha considerato due teorie alternative: che la sorgente di luce fosse un AGN o una stella Wolf-Rayet. La mancanza di elementi pesanti, e altre evidenze confutano queste teorie. L’equipe ha considerato anche che la sorgente potrebbe essere un buco nero prodotto per collasso diretto, oggetti esotici e comunque puramente teorici. La mancanza di una riga di emissione larga e il fatto che le luminosità dell’elio e dell’idrogeno fossero molto maggiori di quanto era stato previsto per un buco nero indicano che anche questa ipotesi è improbabile. La mancanza di emissione X sarebbe una prova ulteriore contro questa ipotesi, ma servono ulteriori osservazioni. «La scoperta ha messo in crisi fin dall’inizio le nostre aspettative», ha detto Sobral, «poiché non ci aspettavamo di trovare una galassia così brillante. Successivamente, scoprendo un pezzo per volta la natura di CR7, abbiamo capito che non solo avevamo trovato la galassia distante più luminosa, ma abbiamo anche iniziato a capire che aveva tutte le caratteristiche previste per le stelle di Popolazione III. Queste stelle sono proprio quelle che hanno formato i primi elementi pesanti che alla fine hanno permesso a noi di essere qui. Non poteva essere più entusiasmante di così». All’interno di CR7 sono stati trovati ammassi di stelle più blu e un po’ più rossi, a indicare che la formazione di stelle di Popolazione III è avvenuta a ondate, come previsto. Ciò che l’equipe ha osservato direttamente è stata l’ultima ondata di stelle di Popolazione III, come a dire che queste stelle dovrebbero essere più facili da trovare di quanto si pensasse: si trovano tra le stelle normali, nelle galassie più brillanti, non solo nelle prime galassie più piccole e più deboli, tanto fioche da essere veramente difficili da studiare. Jorryt Matthee, secondo autore dell’articolo, ha concluso: «Mi sono sempre chiesto da dove veniamo. Fin da bambino volevo sapere da dove venivano gli elementi: il calcio nelle mie ossa, il carbonio nei miei muscoli e il ferro nel mio sangue. Ho scoperto che questi si sono formati all’inizio dell’Universo, dalla prima generazione di stelle. Con questa scoperta, stiamo davvero iniziando a vedere questi oggetti per la prima volta». Ulteriori osservazioni con il VLT, con ALMA e con il telescopio spaziale Hubble della NASA/ESA sono previste per confermare che sono state osservate veramente stelle di Popolazione III e per cercare di identificarne ulteriori esempi.
di Eleonora Ferroni (INAF)

La galassia più luminosa dell’Universo

Grazie ad una serie di osservazioni condotte con il satellite della NASA WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) gli astronomi hanno scoperto una galassia davvero distante la cui luminosità è pari almeno a quella di 300 mila miliardi di Soli. Si tratta della galassia più luminosa che sia mai stata osservata fino ad ora e appartiene ad una nuova classe di oggetti che sono stati recentemente identificati da WISE, cioè le galassie ultra luminose all’infrarosso o ELIRGs (Extremely Luminous InfraRed Galaxies). «Ciò che stiamo osservando è una fase molto intensa dell’evoluzione galattica», spiega Chao-Wei Tsai del Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA e autore principale dello studio pubblicato su Astrophysical Journal. «Questa luce così abbagliante potrebbe essere causata dall’intensa attività del buco nero centrale». Denominata con la sigla WISE J224607.57-052635.0, la galassia super brillante potrebbe, infatti, contenere un buco nero gigante nel suo nucleo che si sta rifornendo di gas ad un ritmo elevato. Sappiamo che i buchi neri supermassicci catturano il gas e la materia da un disco di accrescimento che li circonda. Questo processo di accrescimento fa innalzare la temperatura del disco fino a milioni di gradi con conseguente emissione di radiazione di alta energia che si manifesta sotto forma di luce visibile, ultravioletta e raggi X. Inoltre, la radiazione viene bloccata da una serie di “bozzoli” di polvere circostanti e quando essa viene riscaldata emette luce infrarossa. I buchi neri di grossa taglia sono molto comuni nei nuclei galattici ma trovarne uno così grosso e così distante rappresenta un caso molto raro. Dato che la luce ha viaggiato per circa 12,5 miliardi di anni prima di raggiungere i nostri rivelatori, gli astronomi stanno osservando l’oggetto come era nel passato. Il suo buco nero aveva già una massa miliardi di volte quella del Sole già all’epoca in cui l’Universo aveva un’età pari a un decimo di quella attuale (13,8 miliardi di anni). Nel loro articolo, gli autori mettono in evidenza sostanzialmente tre ipotesi che potrebbero spiegare il perché i buchi neri di questa particolare categoria di galassie ultra luminose all’infrarosso evolvono in modo tale da diventare così massicci. La prima idea si basa sul fatto che i buchi neri sono nati già grandi. In altre parole, i buchi neri in fase embrionale potrebbero essere molto più grandi di quanto ipotizzato. «Come si fa ad avere, ad esempio, un elefante?», si chiede Peter Eisenhardt project scientist di WISE e co-autore dello studio. «Forse, un modo potrebbe essere quello di iniziare da un baby-elefante». Le altre due ipotesi riguardano, invece, la violazione di un limite teorico noto come limite di Eddington. Nel processo di accrescimento della materia, il gas che cade verso il buco nero si riscalda emettendo radiazione. A sua volta, la pressione di radiazione ostacola il gas, allontanandolo, e ciò stabilisce un limite al ritmo con cui un buco nero è in grado di attirare continuamente la materia circostante. Se viene violato questo limite, il buco nero può, in linea di principio, aumentare la sua dimensione ad un ritmo vertiginoso. In generale, sono già stati osservati dei casi in cui i buchi neri violano questo limite ma quello del presente studio lo avrebbe ripetutamente violato per diventare sempre più grande. La terza alternativa si basa sul fatto che i buchi neri potrebbero in qualche modo aggirare questo limite. «Un altro modo per cui un buco nero può diventare così grande è quello di supporre che si sia alimentato ad un ritmo estremamente elevato, più di quanto gli è consentito», dice Tsai. «Ciò può accadere se il buco nero non ruota così velocemente». «Se un buco nero ruota abbastanza lentamente, non rifiuterà tanto il suo “pasto” e alla fine potrà catturare più materia rispetto ad un buco nero che ruota più velocemente. I buchi neri massicci che troviamo nelle galassie ultra luminose all’infrarosso potrebbero alimentarsi di una quantità maggiore di materia per un periodo più lungo», aggiunge Andrew Blain della University of Leicester e co-autore dello studio. «E’ un pò come vincere una gara a chi mangia più hot-dog ma su un intervallo di tempo dell’ordine di qualche centinaia di milioni di anni». Nel 2010, WISE ha permesso di identificare già diversi oggetti “stravaganti” nelle immagini realizzate sull’intera volta celeste. Perciò, osservando tutto il cielo con una sensibilità migliore il satellite della NASA è stato in grado di catturare questi rari esemplari cosmici che altrimenti non sarebbero stati rivelati. Questo studio riporta un totale di 20 nuove galassie ultra luminose all’infrarosso, inclusa WISE J224607.57-052635.0 che è la più luminosa finora identificata. Questi oggetti non sono stati rivelati prima essendo sono troppo distanti ma anche perché la polvere trasforma la loro intensa luce visibile in una straordinaria emissione di radiazione infrarossa. «In un altro studio realizzato sempre con WISE, abbiamo trovato che circa la metà delle galassie particolarmente luminose si osservano molto bene nell’infrarosso», conclude Tsai. Certamente saranno necessari altri dati per risolvere l’enigma di questa particolare classe di galassie. Il passo successivo sarà ora quello di determinare accuratamente la massa dei buchi neri centrali. Infatti, conoscere meglio i loro parametri fisici permetterà ai ricercatori di studiare la loro evoluzione, così come quella delle altre galassie, in questo capitolo cruciale della storia cosmica.
di Corrado Ruscica (INAF)

La galassia più distante mai osservata (oltre 13 miliardi di anni luce)

Un gruppo internazionale di astronomi, guidati dai colleghi dell’Università di Yale e dell’Università della California a Santa Cruz, sono riusciti ad ottenere l’immagine di una galassia estremamente distante, situata ad un’epoca in cui l’Universo aveva un’età di appena 670 milioni di anni, determinandone in maniera accurata la sua distanza. Gli scienziati hanno potuto osservare questo oggetto particolarmente luminoso la cui luce ha viaggiato per oltre 13 miliardi di anni prima di raggiungere lo spettrometro MOSFIRE (Multi-Object Spectrometer for Infra-Red Exploration) installato presso il telescopio Keck-I di 10 metri dell’osservatorio W.M. Keck situato nelle Hawaii. Queste osservazioni indicano che si tratta al momento della galassia più distante mai rivelata, il che rappresenta un record. I risultati sono pubblicati su Astrophysical Journal Letters.
Denominato con la sigla EGS-zs8-1 e originariamente incluso nella lista dei candidati grazie ai suoi particolari colori osservati nelle immagini fornite dai telescopi spaziali della NASA Hubble e Spitzer, è uno degli oggetti più luminosi e massicci dell’Universo primordiale. «Mentre osserviamo la galassia come era più di 13 miliardi di anni fa, nel frattempo essa è cresciuta formando più del 15 percento della massa attuale della Via Lattea», spiega Pascal Oesch della Yale University e autore principale dello studio. «Nel far questo, la galassia ha avuto soltanto 670 milioni di anni. A quell’epoca, l’Universo era davvero molto giovane». L’analisi dei dati ha poi permesso di determinare il fatto che l’oggetto si trova in una fase di elevata fertilità stellare che risulta circa 80 volte superiore rispetto a quella presente nella nostra galassia.

Dobbiamo dire che esistono pochissime galassie primordiali le cui distanze sono state determinate in maniera accurata e nessuna di esse risulta più giovane di EGS-zs8-1. «Ogni altra conferma aggiunge un altro pezzo al puzzle che ci dice come si è formata la prima generazione di galassie», dice Pieter van Dokkum della Yale University e co-autore dello studio. «Solo i telescopi più grandi sono così potenti da catturare la luce di queste galassie estremamente distanti». Infatti, la scoperta è stata resa possibile grazie allo strumento MOSFIRE installato presso il telescopio Keck-I che permette agli astronomi di esaminare in maniera efficiente tante galassie alla volta.
Studiare queste galassie così remote, determinarne la loro distanza e le loro proprietà rappresenta un obiettivo primario per l’astronomia del prossimo decennio. I dati relativi a EGS-zs8-1 indicano che stiamo osservando la galassia ad un’epoca in cui l’Universo era soggetto a cambiamenti importanti: stiamo parlando dell’epoca della reionizzazione, quando cioè l’idrogeno distribuito tra le galassie stava passando dallo stato neutro a quello ionizzato. «Sembra che le stelle più giovani presenti nelle galassie primordiali, come EGS-zs8-1, fossero le protagoniste principali di questo processo di transizione, che chiamiamo reionizzazione», aggiunge Rychard Bouwens del Leiden Observatory e co-autore dello studio.
Ma queste nuove osservazioni ottenute dall’osservatorio Keck, assieme a quelle di Hubble e Spitzer, pongono altri quesiti. Da un lato, esse ci dicono che le galassie di grossa taglia esistevano già durante le epoche iniziali della storia evolutiva dell’Universo e dall’altro ci indicano che le loro proprietà fisiche sono molto differenti rispetto a quelle delle galassie che vediamo oggi. I ricercatori hanno ora una chiara evidenza che conferma il fatto che quei colori peculiari osservati nelle immagini del telescopio spaziale Spitzer sono dovuti ad una rapida formazione di stelle giovani e massicce che hanno interagito con il gas primordiale che si trova in queste galassie distanti.
L’immagine mostra la galassia EGS-zs8-1 (cerchio) osservata con lo spettrometro MOSFIRE installato presso il telescopio Keck-I. Le due notti forniscono due misure indipendenti essendo realizzate secondo due diverse orientazioni e posizioni delle fenditure. Ciò permette di escludere eventuali sorgenti di contaminazione quando viene ricavato lo spettro finale dell’oggetto. Credit: Oesch et al. 2015.
di Corrado Ruscica (INAF)