Come i buchi neri modellano le galassie vicine

Le osservazioni di nove galassie vicine mostrano come buchi neri supermassicci attivi influenzino la formazione stellare e le onde d’urto nelle galassie ospiti.

 

 

 

Un nuovo studio su nove galassie vicine ha dimostrato che buchi neri supermassicci in crescita attiva possono contribuire alla formazione stellare, impedendo invece la formazione stellare nelle galassie ospiti.

La ricerca, basata su osservazioni dello strumento VLT/MUSE, mostra che i nuclei galattici attivi (AGN), ovvero regioni luminose alimentate da materiale che cade in un buco nero supermassiccio, sono associati ad anelli o archi che formano stelle, regioni a forma di cono di gas energizzato e rapidi “shock” che si verificano quando i flussi di energia interagiscono con il gas circostante.

I risultati, pubblicati su The Astrophysical Journal, offrono una nuova prospettiva su come il feedback AGN possa influenzare la crescita e l’evoluzione delle galassie.

“Una volta risolti, abbiamo potuto vedere che non solo accumulano cose, ma espellono anche cose,” ha detto Peixin Zhu, studente laureato e astronomo al Center for Astrophysics. “L’iniezione e l’accrescimento sono collegate tra loro.”

Lo studio si è concentrato sulle galassie i cui buchi neri centrali stanno attivamente accrezionando, o attirando, materiale vicino.

“Stiamo vedendo che i buchi neri non consumano solo materiale al centro delle galassie, ma stanno attivamente rimodellando l’ambiente circostante”, ha detto Lisa Kewley, astrofisica del Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, direttore del Centro e consulente di Zhu.

“Questo lavoro ci aiuta a comprendere un complesso ciclo di retroazione che gioca un ruolo importante nell’evoluzione galassica.”

Il team utilizzò una nuova tecnica diagnostica tridimensionale per distinguere tra tre fonti: formazione stellare, radiazione del buco nero attivo ed eccitazione da urti.

L’eccitazione da shock si verifica quando le uscite ad alta velocità dal buco nero centrale collidiscono con il mezzo interstellare.

In tutto il campione, i ricercatori hanno scoperto che anelli o archi che formano stelle apparivano a distanze di circa 0,8-6 kiloparsec dal centro galattico.

Coni ionizzati di radiazione da buco nero si estendevano verso l’esterno dai dischi delle galassie, mentre le regioni centrali dominate da shock rapidi spesso si estendevano perpendicolarmente a quei biconi.

I ricercatori hanno inoltre trovato prove di scosse in direzioni perpendicolari ai biconi AGN.

Zhu osserva che questi shock sono in generale coerenti con le interazioni tra i jet AGN e il mezzo interstellare, anche se i venti provenienti dal buco nero attivo possono contribuire, in particolare nelle galassie con getti a potenza inferiore.

“Il fenomeno più interessante degli shock è che vanno sempre perpendicolarmente a dove vanno i flussi iniettati dal buco nero,” ha detto Peixin. “È molto comune, e lo vediamo apparire costantemente in tutte e nove le galassie.”

I risultati dello studio combinavano osservazioni ad alta risoluzione e modelli teorici dettagliati.

Lo strumento MUSE forniva dati ottici a risoluzione spaziale, mentre i modelli teorici all’avanguardia costruiti da Zhu e dai suoi colleghi, gli astrofisici Lisa Kewley del Center for Astrophysics e Ralph Sutherland dell’Australian National University, permettevano loro di confrontare le osservazioni con le previsioni di attività dei buchi neri, formazione stellare e shock. Le osservazioni a raggi X di Chandra hanno inoltre supportato indipendentemente l’interpretazione dei ricercatori.

I risultati dimostrano che i buchi neri in crescita attiva hanno un ciclo complesso di accrescimento, uscita e interazione con le galassie circostanti. Separando gli effetti della radiazione dei buchi neri, della formazione stellare e degli shock, lo studio offre una visione più chiara di quel ciclo e della sua relazione con la formazione stellare.