Nelle regioni centrali di ogni galassia si trova un buco nero supermassiccio. Nella maggior parte dei casi sono in fase dormiente. Ma all’incirca in una galassia su dieci il buco nero è vispissimo, e nelle sue vicinanze viene emessa una quantità di radiazione persino superiore a quella della galassia che lo ospita

Siamo abituati a pensare alle galassie come a grandissime nubi di stelle. Ma le stelle non sono i loro soli costituenti: nelle regioni centrali di ogni galassia si trova un enorme buco nero, di massa compresa fra un milione e un miliardo di volte quella del Sole. Nella maggior parte dei casi, e vale anche per la nostra galassia, questi buchi neri sono in fase dormiente ed è molto difficile rivelarli. All’incirca nel 10 per cento delle galassie, invece, il buco nero è tutt’altro che dormiente, e nelle sue vicinanze viene emessa una quantità di radiazione persino superiore a quella dell’intera galassia che lo ospita: sono i nuclei galattici attivi (AGN, dall’inglese active galactic nuclei), fra cui per esempio i quasar.

Illustrazione di un Agn al centro di una galassia. Si notano il buco nero supermassiccio, il gas caldo che cade su di esso e i getti che ne sfuggono lungo i poli. Crediti: Nasa/Cxc/M. Weiss

Illustrazione di un AGN al centro di una galassia. Si notano il buco nero supermassiccio, il gas caldo che cade su di esso e i getti che ne sfuggono lungo i poli. Crediti: NASA/Cxc/M. Weiss

L’emissione prodotta dagli AGN spazia su tutto lo spettro elettromagnetico, dalle onde radio ai raggi gamma, passando attraverso l’infrarosso, la banda visibile, i raggi ultravioletti e i raggi X. In queste bande intermedie si concentra la radiazione dovuta al materiale in caduta sul buco nero. Nelle bande più estreme (radio e gamma) si trova l’emissione, ancora più rara, prodotta da getti di gas ionizzato e accelerato da intensi campi magnetici. In questi getti il materiale viaggia a velocità prossime a quelle della luce e si propaga nello spazio anche oltre le dimensioni della galassia ospite, in quelle che vengono chiamate radio galassie.

Di fatto, gli AGN sono i migliori laboratori che abbiamo a disposizione per studiare come si comportano lo spazio e il tempo nelle immediate vicinanze degli oggetti più densi e massicci, e per testare ad esempio la teoria della relatività generale, oltre che moltissimi aspetti del comportamento dei plasmi e dell’accelerazione delle particelle. Inoltre, grazie alla loro luminosità, gli AGN possono essere scoperti fino a grandissime distanze, e rappresentano quindi insostituibili sonde per studi cosmologici. Infine, sebbene gli AGN siano in genere localizzati in una piccolissima regione al centro della galassia ospite, vi sono forti indicazioni che essi siano in grado di influenzarne le proprietà generali: il loro studio è quindi fondamentale anche per la comprensione dell’evoluzione delle galassie.

Studi in corso e domande aperte

Il primo e fondamentale problema nello studio degli AGN è, come spesso accade, quello di come trovarli. Per quanto luminosi, anch’essi diventano deboli quando vengono osservati a grande distanza. Inoltre, le regioni centrali delle galassie sono spesso tanto polverose da assorbire gran parte della radiazione prodotta e da rendere difficilmente visibili gli AGN. Nei prossimi anni ci si aspetta che il telescopio a raggi X eRosita potrà scoprire circa 3 milioni di nuovi AGN. Lo Square Kilometre Array ne fornirà poi una visione complementare basata sulle onde radio.

Un’altra tematica fondamentale è quella di come gli AGN incidano sull’evoluzione della galassia ospite. È ormai assodato che le proprietà delle galassie e dei buchi neri al loro centro sono fortemente legate fra loro. Gli AGN rivestono probabilmente un ruolo fondamentale nello stabilire questa relazione fra buchi neri e galassie ma i dettagli di questa interazione (il cosiddetto feedback) sono ancora tutti da chiarire.

0,1 anni luce: è la dimensione (approssimativa) della regione in cui gli Agn emettono una luminosità spesso superiore a quella dell’intera galassia che li ospita

0,1 anni luce: è la dimensione (approssimativa) della regione in cui gli AGN emettono una luminosità spesso superiore a quella dell’intera galassia che li ospita

Vi è infine la sottoclasse degli AGN radio emittenti, e quella ancora più rara degli AGN emittenti nei raggi gamma, i blazar. I dettagli di come la materia possa sfuggire al buco nero rimangono tuttora misteriosi e richiedono un approccio combinato con strumenti ad altissima risoluzione angolare (la Very Long Baseline InterferometryVLBI, in banda radio) e ad alta energia, sia dallo spazio (coi satelliti Agile e Fermi) che da terra (con il prossimo Cherenkov Telescope Array).

Il coinvolgimento dell’Istituto nazionale di astrofisica

I ricercatori dell’INAF studiano gli AGN in tutte le bande dello spettro elettromagnetico, servendosi di strumenti da terra e dallo spazio. Per gli AGN con emissione radio, vengono inoltre utilizzate regolarmente le parabole INAF di Medicina, Noto e Srt, sia come antenne singole che come elementi di una rete VLBI. I ricercatori INAF sono anche fortemente attivi nella interpretazione teorica e nello sviluppo di modelli numerici per descrivere le proprietà degli AGN.

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Red Hanuman è nato poco tempo prima che l'uomo mettesse piede sulla Luna, e cresciuto a pane e fantascienza. Poteva non sentire il richiamo delle stelle? Chimico per formazione e biologo autodidatta per necessità, ha da sempre d ... pagina autore