Indizi sul mistero dei quasar trasformisti

Alcuni degli oggetti più luminosi dell'universo si affievoliscono con una rapidità inattesa. Nuove osservazioni indicano ora una possibile spiegazione che potrebbe anche aiutare a chiarire aspetti dell'evoluzione delle galassie

Alcuni degli oggetti più luminosi dell’universo, i quasar , stanno svanendo rapidamente. Gli astronomi pensano ora di essere riusciti a capire questo comportamento misterioso, e la risposta potrebbe aiutarli a spiegare in che modo si evolvono le galassie come la Via Lattea. I quasar sono buchi neri supermassici al centro di galassie, alimentati da enormi quantità di gas che brillano nell’universo visibile. Gli astronomi hanno a lungo ritenuto che i quasar durino per milioni di anni per poi oscurarsi lentamente nel corso di decine di migliaia di anni. Ma nel 2014, Stephanie LaMassa, un’astronoma ora allo Space Telescope Science Institute di Baltimora, ha scoperto un quasar che sembrava scomparire in meno di dieci anni: un batter d’occhio, astronomicamente parlando.

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I ricercatori si sono arrovellati per spiegare questa stranezza. Forse un’enorme nube di polvere era passata davanti al fascio luminoso del quasar bloccandone momentaneamente la luce. O forse una stella era passata troppo vicina al buco nero che l’aveva rapidamente fagocitata, provocando una brillante emissione di radiazioni scambiata dagli scienziati per un quasar. Sembrava fisicamente impossibile che un oggetto così brillante potesse svanire in un tempo così breve.

La scoperta ha messo in moto la caccia ad altri quasar che “cambiano look”. Questa ricerca ha individuato decine di questi misteriosi “mostri” cosmici, alcuni dei quali si sono affievoliti anche più drasticamente del primo. Due studi pubblicati questo mese sul server di preprint arXiv suggeriscono che questi quasar si smorzano perché la quantità di gas e polvere che scorre attraverso i loro dischi di accrescimento – il vortice di materia calda che circonda un buco nero – diminuisce drasticamente. Così, il buco nero muore di fame.

Luce lampeggiante

In uno studio,  Zhenfeng Sheng, astronomo all’University of Sciences and Technology of China a Hefei, e colleghi hanno esaminato da vicino dieci quasar già descritti dallo Sloan Digital Sky Survey e dal Wide-Field Infrared Survey Explorer della #NASA . Osservando questi quasar nelle lunghezze d’onda dell’ottico e dell’infrarosso, i ricercatori hanno potuto sondare sia il disco di accrescimento del quasar, sia il suo toro, ossia l’anello a forma di ciambella di nubi di polvere che lo avvolge.

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Questo approccio ha funzionato perché il disco di accrescimento incandescente invia luce nella banda del visibile verso l’oscuro toro, dove viene assorbita e riemessa come luce infrarossa. Ogni cambiamento della luce da parte del toro rispecchia un cambiamento della luce del disco di accrescimento. Così, quando Sheng e colleghi hanno scoperto che la luce nel visibile emessa da ciascun quasar si affievoliva prima che lo facesse la luce nell’infrarosso, hanno capito che il fenomeno era dovuto a un crollo della quantità di materiale che fluisce attraverso il disco di accrescimento.

L’altro studio, diretto da Damien Hutsemékers, astronomo all’Università di Liegi in Belgio, rafforza questa idea. La squadra di Hutsemékers ha esaminato la luce che emana da un unico quasar mutevole. Parte di questa luce è polarizzata mentre attraversa regioni intorno al quasar che sono considerate ricche di elettroni, proprio come le molecole nell’atmosfera terrestre disperdono e polarizzano la luce dal Sole.

I ricercatori cercavano di stabilire se una nuvola di polvere stesse occultando il disco di accrescimento del quasar; in questo caso, gran parte della luce del quasar sarebbe dovuta apparire come proveniente dalle regioni polarizzanti. Ma il gruppo non ha rilevato un aumento della luce polarizzata dal quasar una volta che ha iniziato ad affievolirsi. Questo esclude la presenza di una nuvola di polvere, ma non le alterazioni nel disco di accrescimento.

Nicholas Ross, astronomo all’Università di Edimburgo, nel Regno Unito, afferma che, pur essendo solo preliminari, i risultati dei due studi sono suggestivi.

Uno sguardo alle galassie primordiali

Se gli astronomi riuscissero a determinare il meccanismo sottostante ai quasar che cambiano, e le scale temporali su cui questi oggetti smettono di esistere, potrebbero comprendere meglio come evolvono le galassie.

Si ritiene che ogni galassia massiccia abbia ospitato un quasar nei suoi primi anni di vita. In una giovane galassia, i buchi neri supermassicci nei quasar possono liberare venti abbastanza forti da fermare la formazione delle stelle. Nel corso del tempo, una galassia che ospitava un quasar stabile per lunghi periodi può apparire molto diversa da una galassia con un quasar che si è comportato in modo imprevedibile. Per fare un paragone, si può pensare a due vasche identiche piene d’acqua, dice Meg Urry, astronoma alla Yale University a New Haven, in Connecticut. Se si versa una tazza di acqua bollente in una e un paio di litri di acqua tiepida nell’altra, chi vi è immerso sperimenterà sensazioni molto diverse, osserva Urry.

La scoperta del funzionamento interno dei quasar che cambiano look potrebbe anche aiutare gli astronomi a capire in che modo gas e polveri fluiscono in un buco nero. Anche se gli ultimi risultati suggeriscono che i quasar mutevoli si offuscano drammaticamente a causa della mancanza di combustibile, i ricercatori non riescono ancora a spiegare come ciò possa avvenire in un tempo così breve.

Ma LaMassa, – che con Ross ha presieduto la prima conferenza sui quasar che cambiano aspetto, tenutasi nel luglio scorso – pensa che gli astronomi siano sulla buona strada. “Ci sono ancora molte domande a cui rispondere”, dice. “Ma penso che stiamo facendo le domande giuste e che stiamo andando nella giusta direzione”.

(L’originale di questo articolo è stato pubblicato su Nature il 28 luglio 2017. Traduzione ed editing a cura di Le Scienze. Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati.)

     
 
 

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