Il buco nero oversize

Al centro di una galassia scoperta di recente c’è un buco nero supermassiccio molto più grande di quanto previsto dalle attuali teorie di evoluzione galattica. Lo studio, svolto da astronomi della Keele University e dela University of Central Lancashire, mostra che il buco nero è molto più massiccio di quanto dovrebbe essere in rapporto alla massa della galassia che lo ospita. Gli scienziati hanno pubblicato i loro risultati in un articolo apparso sul Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Un’immagine della galassia SAGE0536AGN raccolta durante la campagna osservativa Vista Magellanic Clouds. La galassia è l’oggetto ellittico al centro del campo di vista.
Un’immagine della galassia SAGE0536AGN raccolta durante la campagna osservativa Vista Magellanic Clouds. La galassia è l’oggetto ellittico al centro del campo di vista.
La galassia, chiamata SAGE0536AGN, è stata scoperta con il telescopio spaziale Spitzer della NASA. Si ritiene che abbia almeno 9 miliardi di anni e che contenga un nucleo galattico attivo, un oggetto incredibilmente luminoso, risultato dell’accrescimento di gas da parte di un buco nero centrale supermassiccio. Il gas viene accelerato a velocità elevate a causa dell’intenso campo gravitazionale esercitato dal buco nero, e questo provoca l’emissione di luce da parte del gas stesso. Il team ha ottenuto un’ulteriore conferma misurando la velocità del gas che ruota attorno al buco nero. Utilizzando il Southern African Large Telescope, gli scienziati sono riusciti ad osservare l’allargamento della riga di emissione dell’idrogeno nello spettro della galassia. L’allargamento è dovuto all’effetto Doppler, ovvero al fatto che la luce si sposta verso il blu o il rosso a seconda che la sorgente si stia rispettivamente muovendo verso di noi o allontanando da noi. Il grado di allargamento osservato implica che il gas si sta muovendo ad alta velocità, a causa della forte attrazione gravitazionale esercitata dal buco nero. Questi dati sono stati utilizzati per calcolare la massa del buco nero, dal momento che più il buco nero è massiccio, più si allargherà la riga di emissione. Stando ai calcoli, il buco nero al centro di SAGE0536AGN contiene una massa pari a 350 milioni di masse solari, mentre la massa della galassia ospite risulta essere di circa 25 miliardi di masse solari. Questo significa che la galassia è settanta volte più grande del buco nero centrale, e quindi che il buco nero è trenta volte più grande di quanto ci si aspetta per questo tipo di galassia. «Le galassie possono avere anche masse molto elevate, così come i buchi neri nel loro nucleo. Questo, però, è davvero fuori misura… Non dovrebbe proprio essere possibile osservarne di così grandi», ha detto Jacco van Loon, astrofisico presso la Keele University e autore principale dell’articolo. Nelle galassie normali il buco nero centrale dovrebbe crescere allo stesso tasso della galassia ospite, ma forse quello di SAGE0536AGN è cresciuto molto più rapidamente, oppure la galassia smesso di crescere troppo presto. Siccome questa peculiare galassia è stata scoperta per caso, ci possono essere molti altri oggetti simili che aspettano solo di essere scoperti. Il tempo ci dirà se SAGE0536AGN è effettivamente un oggetto stravagante, o se si tratti della prima di una nuova classe di galassie.
di Elisa Nichelli (INAF)

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Hubble studia M 31 e la nostra Galassia

In una survey di immagini del NASA Hubble Space Telescope che comprende 2753 giovani ammassi stellari blu nella vicina galassia di Andromeda (M31), gli astronomi hanno scoperto che la Via Lattea condivide con la sua vicina di casa una percentuale di nuove stelle simile, anche in rapporto alla massa. Raggruppando per massa le stelle che si trovano all’interno di un cluster, i ricercatori sono in grado di interpretare meglio i processi di formazione ed evoluzione delle stelle dell’Universo. Dal collage di 414 scatti del telescopio spaziale Hubble in direzione di M31 (frutto dell’ennesimo ottimo lavoro di  citizen science) gli astronomi hanno potuto scoprire come, per qualche strana ragione, apparentemente la natura “sforni” supergiganti blu e nane rosse in maniera uniforme per tutta la galassia di Andromeda, anche se la loro età oscilla fra i 4 e i 24 milioni di anni. «Abbiamo ricalcolato, per ognuna di esse, la initial mass function», ovvero la distribuzione relativa iniziale fra stelle di grande e piccola massa, spiega Daniel Weisz della University of Washington e primo autore di una ricerca appena pubblicata su The Astrophysical Journal. A sorpresa i dati che riguardano Andromeda sembrano combaciare con quelli rilevati nella nostra galassia, la Via Lattea. Curiosamente, le stelle più luminose e più massicce in questi cluster sono del 25% meno abbondanti di quanto previsto da precedenti ricerche. Un risultato che suggerisce come le stime sulla massa utilizzate nei precedenti lavori fossero evidentemente sbagliate. Le quasi 8000 immagini, per un totale di 117 milioni di stelle, sono state ottenute guardando Andromeda nel vicino ultravioletto, nel visibile e nelle lunghezze d’onda del vicino infrarosso. Il progetto Andromeda è uno delle tante collaborazioni di citizen science organizzate da Zooniverse (vedi mediaINAF). In meno di un mese, i volontari hanno catalogato 1,82 milioni di immagini, un lavoro che altrimenti avrebbe portato via qualcosa come due anni di lavoro per un team di ricerca che avesse voluto occuparsene. Mica male.
di Davide Coero Borga (INAF)

Gaia: un anno di buone osservazioni

L’Universo secondo Gaia. La missione astrofisica di ESA, che ambisce a produrre una mappa tridimensionale della nostra galassia e che in cinque anni di missione studierà oltre un miliardo di oggetti, ci regala due affascinanti immagini in dati. Si tratta di due diagrammi di Hertzsprung-Russell, ottenuti grazie ai dati provvisori della Tycho-Gaia Astrometric Solution, la distanza delle stelle la cui parallasse presenta rispettivamente un margine di incertezza inferiore al 20% (in alto) e al 10% (qui sotto), è stata utilizzata per convertire la magnitudine apparente Tycho-2 in magnitudine assoluta sull’asse y. I due diagrammi di Hertzsprung-Russell rappresentano un primo test della capacità astrometrica di Gaia (vedi sito INAF). Anche se basati sui dati raccolti nel corso di osservazioni routinarie, queste immagini ci anticipano un po’ delle emozioni che la missione ha promesso di regalarci. In linea di principio i dati raccolti finora da Gaia non sono sufficienti a ottenere parallasse e moto proprio di una stella. Tuttavia, basandoci su dati raccolti in precedenza, qualche dato buono è possibile ricavarlo fin d’ora. Le osservazioni astrometriche vengono corrette tenendo conto del Basic Angle Monitor montato su Gaia, e c’è ancora molto lavoro da fare in attesa che lo strumento meriti la nostra piena fiducia nei parametri astrometrici forniti. Ma siamo sulla buona strada. L’osservazione e lo studio dell’universo dallo spazio rappresentano una delle attività principali di INAF. Guardare il cielo dallo spazio, operare in orbita terrestre e nello spazio interplanetario consente lo svolgimento di ricerche non praticabili a terra. L’obiettivo principale della missione Gaia è quello di fornire la più vasta e precisa mappa tridimensionale della Via Lattea. Durante i cinque anni della sua attività nominale, che ha avuto inizio alla fine del 2013, la camera da un miliardo di pixel di Gaia osserva e misura con estrema precisione il moto delle stelle e le loro orbite attorno al centro della galassia. Il contributo italiano è tanto significativo da poter considerare l’Italia uno dei capofila della missione.
di Davide Coero Borga (INAF)

 

Via Lattea: una stella su tre cambia orbita

Lasciano a bocca aperta i risultati dello studio appena pubblicato su The Astrophysical Journal e realizzato da un gruppo di ricerca con i dati raccolti dallo Sloan Digital Sky Survey (vedi MediaINAF): quasi un terzo delle stelle della nostra galassia, la Via Lattea, si troverebbe completamente fuori orbita rispetto all’ultima mappatura disponibile. Una scoperta che ci permette di comprendere meglio i meccanismi di formazione stellare e il loro movimento all’interno della Galassia. «Viviamo in un mondo dove è normale che le persone diventino adulte lontano dal loro luogo di nascita, ora non dobbiamo stupirci se anche le stelle della nostra galassia hanno percorso un lungo tragitto da quando si sono formate», spiega ironicamente Michael Hayden, ricercatore della New Mexico State University e primo autore dello studio. Sono 100.000 le stelle mappate in quattro anni di lavoro grazie allo spettrografo SDSS Apache Point Observatory Galactic Evolution Explorer (APOGEE). La chiave per creare e interpretare la nuova mappatura della Galassia sta tutta nella misurazione degli elementi presenti nell’atmosfera di ogni stella. Dalla composizione chimica è possibile ricostruirne il ciclo vitale e comprendere meglio i meccanismi dell’evoluzione di una stella. «È all’interno del nucleo che una stella produce gli elementi più pesanti, gli stessi elementi che, una volta che la stella muore, tornano nel gas da cui ricomincia il processo di formazione stellare», prosegue Hayden. «Come conseguenza di questa sorta di processo di arricchimento chimico, ogni nuova generazione di stelle possiede una percentuale maggiore di elementi pesanti rispetto alla generazione precedente. Alcune regioni della Galassia hanno avuto un processo di formazione stellare più vigoroso, altrove meno. Ed è grazie a questa distribuzione a macchia di leopardo che gli astronomi possono determinare in quale parte del cielo sia nata una stella». 15 gli elementi mappati da Hayden e colleghi grazie ai dati di APOGEE: carbonio, silicio, ferro e altri. È qui che, a sorpresa, circa il 30 percento delle stelle monitorate è stata scoperta lontana dal luogo in cui si sono formate. Un modello di migrazione radiale delle stelle potrebbe spiegare parzialmente questo disordine venutosi a creare nella Via Lattea. Le irregolarità nel disco galattico potrebbero invece spiegare i movimenti casuali in-and-out. Una prima prova di migrazione stellare era stato precedentemente riscontrato in stelle vicine al Sole. Lo studio è la prima evidenza che del fenomeno partecipa tutta la Galassia.
di Davide Coero Borga (INAF)

Le supernovae lontane scovate da SkyMapper

In molti casi il lavoro di squadra è tutto e fa la differenza. Come in questo. Oltre 40 mila astronomi amatori (quindi una bella squadra) hanno classificato quasi 2 milioni di corpi celesti mai identificati prima grazie all’ausilio del telescopio SkyMapper della Australian National University (ANU). Sicuramente è come cercare il ben più famoso “ago nel pagliaio”, ma gli esperti sono riusciti a scoprire 5 supernovae cercate ormai da tempo, delle stelle esplose ed estremamente brillanti che forniscono alla comunità scientifica importanti informazioni sulla storia e sul futuro del nostro Universo. Richard Scalzo, della ANU Research School of Astronomy and Astrophysics, ha commentato entusiasta: «E’ stato un grande successo e ognuno di noi è stato felice di avervi preso parte». E ha aggiunto: «Un volontario è stato così determinato da rimanere online per ben 25 ore. Non è riuscito a trovare una supernova, bensì una bizzarra stella variabile che pensiamo possa esplodere nei prossimi 700 milioni di anni». Quindi una futura supernova! SkyMapper si trova presso il Siding Spring Observatory vicino a Coonabarabran nel Nuovo Galles del Sud e contribuisce all’osservazione dell’intero emisfero meridionale del cielo catalogando più di un miliardo di stelle e galassie. Gli esperti hanno partecipato a questa specifica survey da volontari e il loro lavoro è consistito nel guardare diverse immagini della stessa porzione di cielo ma scattate in momenti diversi. E non hanno cercato solo supernovae, ma anche stelle, asteroidi, e oggetti mai visti e studiati prima. Grazie alla loro estrema luminosità, le supernovae sono come dei fari per gli astronomi, che in questo modo possono misurare la distanza delle galassie più lontane. Scalzo ha aggiunto: «Quando esplode una stella diventando una supernova, per circa un mese brilla molto di più dei miliardi di stelle della sua galassia di appartenenza». Identificarle a occhio nudo è facile, un po’ meno è farlo con un computer perché bisogna insegnarglielo, ha spiegato Scalzo. «Abbiamo messo 5 persone per ogni oggetto e per gli oggetti più difficili da classificare anche 20 persone». L’enormità di dati che si sta raccogliendo aiuterà a programmare i computer e a migliorare l’automatizzazione delle macchine nel processo di osservazione e identificazione. Come è già successo in passato, anche questa survey fa parte di Zooniverse, un grande progetto di citizen science che ha superato il milione di volontari impegnati nella classificazione di diversi oggetti del cielo, oltre che nella raccolta di dati climatici. La survey condotta con SkyMapper è durata 5 giorni e ha coinvolto volontari inglesi, neozelandesi e statunitensi.
di Eleonora Ferroni (INAF)

Fenomeno insolito nella Via Lattea: i dischi che hanno visto l’inferno

Un team di ricerca guidato dagli astronomi dell’università di Bonn ha messo gli occhi su quello che sembra essere un fatto davvero eccezionale. Teatro della scoperta: il cuore della galassia che abitiamo. Protagonisti una ventina di dischi di polvere e gas in rotazione attorno a stelle particolarmente grandi e calde. Il semplice fatto che in presenza di un campo di radiazione ultravioletta di questa portata esista e resista un agglomerato di polveri e gas è un fatto unico. Se poi il fenomeno si ripresenta in una ventina di situazioni analoghe è naturale che gli scienziati ne restino sbalorditi.
I ricercatori dell’Università di Bonn stanno infatti cercando di formulare ipotesi utili a spiegare come dischi con queste caratteristiche possano resistere all’evaporazione in queste condizioni estreme. I primi risultati sono stati pubblicati su Astronomy & Astrophysics.
Il centro della Via Lattea è un vivaio di stelle: nel suo cuore si sono formate più stelle che in qualsiasi altro angolo remoto nella Galassia. Gli ammassi stellari oggetto dello studio hanno a malapena qualche milione di anni e contengono stelle cento volte più massicce del nostro Sole. «Ci saremmo aspettati che la spaventosa energia emessa da queste bestie giganti avrebbe fatto evaporare il materiale intorno a loro in meno di un milione di anni, e invece ecco qui oltre venti dischi di polveri e gas per ciascuno dei cluster presi in analisi», ammette Andrea Stolte del Argelander Institute for Astronomy dell’Università di Bonn.
Insieme al Max-Planck-Institute for Astronomy, l’Astronomical Calculation Institute dell’Università di Heidelberg e con l’aiuto dei gruppi di ricerca di Los Angeles, Honolulu, Dearborn e Baltimora, Stolte e colleghi hanno fra le mani uno studio che, almeno in apparenza, sembra rimettere in discussione le teorie accreditate circa la sopravvivenza di questi dischi all’interno dei bollenti vivai stellari della Via Lattea.
Come possano polveri e gas resistere al fuoco infernale delle stelle vicine è sconcertante. Gli astronomi stanno valutando due possibilità: o gas e dischi di polvere mostrano una resistenza che non ha precedenti al loro ambiente ostile, o deve esistere un meccanismo ancora non evidente che li ricarica continuamente. E una soluzione potrebbe nascondersi nelle stelle binarie: la compagna più grande potrebbe insomma fornire combustibile alla gemella più piccola e rifornire di materiale il disco quanto basta per compensarne le perdite evaporate a causa dalla fortissima radiazione ultravioletta che circonda la coppia.
Qualunque sia lo scenario, queste osservazioni aprono la porta ad un’idea altrettanto estrema ma non del tutto impossibile: se dischi densi di gas e polvere sono in grado di sopravvivere per lunghi periodi di tempo in questo ambiente ostile, allora anche lì potrebbero persino esserci le condizioni per la formazione di pianeti.
di Davide Coero Borga (INAF)

Pasto stellare per il buco nero

Quando una stella arriva a una distanza critica da un buco nero supermassiccio (SMBH) le poderose forze mareali deformano la stella creando un flusso di detriti che cadono all’interno del buco nero illuminando lo spazio circostante con una “fiammata” luminosa. E’ questo lo spettacolo a cui ha assistito un gruppo di ricercatori utilizzando un piccolo telescopio – il ROTSE IIIb – presso McDonald Observatory (negli Stati Uniti) per un’analisi durata ben 5 anni. Pubblicando i dati della ricerca su The Astrophysical Journal, gli scienziati sono riusciti a testimoniare il vorace pasto di un buco nero.
Il 21 gennaio 2009 il telescopio ROTSE IIIb ha catturato un evento estremamente luminoso. L’ampio campo di vista consente al telescopio di scattare immagini di grandi porzioni cielo ogni notte alla ricerca di nuove stelle che esplodono. Con una magnitudo di -22,5, l’evento registrato a inizio 2009 è stato brillante e potente come l’esplosione di una supernova superluminosa (le più brillanti esplosioni stellari finora conosciute) scoperta sempre grazie a questo telescopio. L’evento è stato ribattezzato Dougie (nome familiare per i fan di South Park), anche se il suo nome tecnico è ROTSE3J120847.9+430121. Il team di esperti ha pensato si trattasse di una supernova e per questo hanno cercato per molto tempo la sua galassia ospite, impresa impossibile perché sarebbe stata troppo debole da essere vista da ROTSE. Qualche tempo dopo hanno scoperto che la Sloan Digital Sky Survey aveva già mappato una debole galassia rossa proprio nella zona dell’evento Dougie. Utilizzando poi uno dei giganti telescopi Keck alle Hawaii, il gruppo di scienziati è riuscito a capire la distanza della galassia da noi, circa tre miliardi di anni luce.
Il problema successivo è stato quello di definire e caratterizzare l’evento: una supernova superluminosa oppure la collisione tra due stelle di neutroni? Il team ha anche pensato a un lampo gamma o a un evento ancora più distruttivo, cioè proprio quello che stavano cercando. Una stella è stata smembrata, nel vero senso della parola, man mano che si avvicinava al buco nero al centro della sua galassia ospite. Gli esperti hanno poi ripreso le osservazioni, prima all’ultravioletto con il telescopio orbitante Swift e poi raccogliendo dati con il telescopio ottico Hobby-Eberly. Hanno anche usato dei modelli al computer su come la luce di diversi processi fisici potrebbero spiegare il comportamento di Dougie.
Il principale autore dello studio, Jozsef Vinko dell’Università di Seghedino in Ungheria, ha spiegato che monitorando la variazione di luce «abbiamo capito che si trattava di qualcosa che nessuno aveva mai visto prima». J. Craig Wheeler, dell’Università del Texas, ha aggiunto che «l’immensa forza gravitazionale del buco nero tira la stella da un lato più che da un altro provocando strappi che distruggono la stella», dopo averla deformata fino a darle una forma allungata “a spaghetto”. Il ricercatore ha sottolineato, inoltre, che la stella «non cade direttamente al centro del buco nero, bensì dovrebbe formare prima un disco».  Al temine della ricerca gli esperti hanno affermato che Dougie era una stella dalla massa simile al nostro Sole prima di essere “divorata”. In più hanno scoperto che il buco nero ha una massa pari a un milione di soli.
In realtà non è la prima volta che si parla di questo fenomeno, ma è la prima volta che gli astronomi assistono a un evento così raro: la stella “è dura a morire”, a quanto sembra, insomma, si ribella al buco nero. Alcuni modelli sviluppati dal team di James Guillochon di Harvard e di Enrico Ramirez-Ruiz dell’Università della California, Santa Cruz, hanno dimostrato che la materia stellare stava generando così tanta radiazione che ha spinto indietro la stella: dai dati sembra che il buco nero stesse quasi soffocando durante il lauto spuntino.
di Eleonora Ferroni (INAF)

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