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Il Dark Energy Spectroscopic Instrument scopre un tesoro di buchi neri attivi nelle galassie nane e rivela che sorprendentemente pochi sono di massa intermedia.
All’interno dei primi dati del Dark Energy Spectroscopic Instrument, gli scienziati hanno scoperto i più grandi campioni mai scoperti di buchi neri di massa intermedia e galassie nane che ospitano un buco nero attivo, più che triplicando il censimento esistente di entrambi.
Questi ampi campioni statistici consentiranno studi più approfonditi delle dinamiche tra l’evoluzione delle galassie nane e la crescita dei buchi neri e apriranno un vasto potenziale di scoperta intorno all’evoluzione dei primi buchi neri dell’Universo.
Utilizzando i primi dati del Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), un team di scienziati ha compilato il più grande campione mai realizzato di galassie nane che ospitano un buco nero che si alimenta attivamente, nonché la più ampia collezione di candidati buchi neri di massa intermedia fino ad oggi.
Questo duplice risultato non solo amplia la comprensione degli scienziati sulla popolazione di buchi neri nell’Universo, ma pone anche le basi per ulteriori esplorazioni riguardanti la formazione dei primi buchi neri che si sono formati nell’Universo e il loro ruolo nell’evoluzione delle galassie.
DESI è uno strumento all’avanguardia in grado di catturare la luce di 5000 galassie contemporaneamente. È stato costruito ed è gestito con il finanziamento dell’Ufficio della Scienza del Dipartimento dell’Energia (DOE).
Il DESI è montato sul telescopio da 4 metri Nicholas U. Mayall della National Science Foundation (NSF) degli Stati Uniti presso l’NSF Kitt Peak National Observatory, un programma di NSF NOIRLab. Il programma è ora al suo quarto di cinque anni di osservazione del cielo ed è impostato per osservare circa 40 milioni di galassie e quasar entro la fine del progetto.
Il progetto DESI è una collaborazione internazionale di oltre 900 ricercatori provenienti da oltre 70 istituzioni in tutto il mondo ed è gestito dal Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del DOE.
Con i primi dati di DESI che includono la convalida dell’indagine e il 20% del primo anno di operazioni, il team, guidato dal ricercatore post-dottorato dell’Università dello Utah Ragadeepika Pucha, è stato in grado di ottenere un set di dati senza precedenti che include gli spettri di 410.000 galassie, tra cui circa 115.000 galassie nane – piccole galassie diffuse contenenti da migliaia a diversi miliardi di stelle e pochissimo gas.
Questo ampio set consentirebbe a Pucha e al suo team di esplorare la complessa interazione tra l’evoluzione dei buchi neri e l’evoluzione delle galassie nane.
Mentre gli astrofisici sono abbastanza fiduciosi che tutte le galassie massicce, come la nostra Via Lattea, ospitino buchi neri al loro centro, il quadro diventa poco chiaro man mano che ci si sposta verso l’estremità di piccola massa dello spettro.
Trovare i buchi neri è di per sé una sfida, ma identificarli nelle galassie nane è ancora più difficile, a causa delle loro piccole dimensioni e della limitata capacità dei nostri strumenti attuali di risolvere le regioni vicine a questi oggetti. Un buco nero che si alimenta attivamente, tuttavia, è più facile da individuare.
“Quando un buco nero al centro di una galassia inizia a nutrirsi, rilascia un’enorme quantità di energia nell’ambiente circostante, trasformandosi in quello che chiamiamo un nucleo galattico attivo”, dice Pucha. “Questa drammatica attività funge da faro, permettendoci di identificare i buchi neri nascosti in queste piccole galassie”.
Dalla loro ricerca, il team ha identificato ben 2500 galassie nane candidate che ospitano un nucleo galattico attivo (AGN), il più grande campione mai scoperto.
La frazione significativamente più alta di galassie nane che ospitano un AGN (2%) rispetto agli studi precedenti (circa lo 0,5%) è un risultato entusiasmante e suggerisce che gli scienziati hanno perso un numero sostanziale di buchi neri di piccola massa e non scoperti.
In una ricerca separata attraverso i dati DESI, il team ha identificato 300 candidati buchi neri di massa intermedia, la raccolta più ampia fino ad oggi. La maggior parte dei buchi neri sono leggeri (meno di 100 volte la massa del nostro Sole) o supermassicci (più di un milione di volte la massa del nostro Sole).
I buchi neri tra i due estremi sono poco conosciuti, ma si teorizza che siano le reliquie dei primissimi buchi neri formatisi nell’Universo primordiale e i semi dei buchi neri supermassicci che si trovano oggi al centro delle grandi galassie.
Eppure rimangono sfuggenti, con solo circa 100-150 candidati buchi neri di massa intermedia conosciuti fino ad ora.
Con la grande popolazione scoperta da DESI, gli scienziati hanno ora un nuovo potente set di dati da utilizzare per studiare questi enigmi cosmici.
“Il design tecnologico di DESI è stato importante per questo progetto, in particolare le sue piccole dimensioni delle fibre, che ci hanno permesso di ingrandire meglio il centro delle galassie e identificare le sottili firme dei buchi neri attivi”, afferma Stephanie Juneau, astronoma associata presso NSF NOIRLab e co-autrice dell’articolo.
“Con altri spettrografi in fibra con fibre più grandi, arriva più luce stellare dalla periferia della galassia e diluisce i segnali che stiamo cercando. Questo spiega perché siamo riusciti a trovare una frazione più alta di buchi neri attivi in questo lavoro rispetto agli sforzi precedenti”.
Tipicamente, ci si aspetta che i buchi neri trovati nelle galassie nane rientrino nel regime di massa intermedia.
Ma è interessante notare che solo 70 dei candidati buchi neri di massa intermedia scoperti di recente si sovrappongono ai candidati nani AGN.
Questo aggiunge un altro livello di eccitazione ai risultati e solleva domande sulla formazione e l’evoluzione dei buchi neri all’interno delle galassie.
“Ad esempio, c’è una relazione tra i meccanismi di formazione dei buchi neri e i tipi di galassie che abitano?” Ha detto Pucha. “La nostra ricchezza di nuovi candidati ci aiuterà ad approfondire questi misteri, arricchendo la nostra comprensione dei buchi neri e del loro ruolo fondamentale nell’evoluzione delle galassie”.
Immagine: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/M. Zamani
