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eso1921it — Comunicato Stampa Scientifico

Il pasto del buco nero all'alba cosmica rivelato da osservazioni dell'ESO

19 Dicembre 2019

Alcuni astronomi, utilizzando il VLT (Very Large Telescope) dell'ESO, hanno osservato serbatoi di gas freddo intorno ad alcune delle prime galassie dell'Universo. Questi aloni di gas sono il cibo perfetto per i buchi neri supermassicci al centro di queste stesse galassie, che vengono ora visti come erano oltre 12,5 miliardi di anni fa. Questa riserva di cibo potrebbe spiegare come questi mostri cosmici siano cresciuti così velocemente durante un periodo nella storia dell'Universo noto come Alba Cosmica.

"Siamo ora in grado di dimostrare, per la prima volta, che le galassie primordiali hanno abbastanza cibo nel loro ambiente per sostenere sia la crescita dei buchi neri supermassicci che una vigorosa formazione di stelle", afferma Emanuele Paolo Farina, dell'Istituto Max Planck per l'astronomia a Heidelberg, in Germania, a capo della ricerca pubblicata oggi su The Astrophysical Journal. "Questa informazione aggiunge un pezzo fondamentale al puzzle che gli astronomi stanno costruendo per spiegarsi come si siano formate le strutture cosmiche più di 12 miliardi di anni fa."

Gli astronomi si chiedono come i buchi neri supermassicci siano stati in grado di crescere così tanto e così in fretta nella storia dell'Universo. "La presenza di questi primi mostri, con masse di diversi miliardi di volte la massa del Sole, è un grande mistero", dice Farina, che ha anche un'affiliazione con il Max Planck Institute for Astrophysics di Garching bei München. Ciò significa infatti che i primi buchi neri, che potrebbero essersi formati dal collasso delle prime stelle, devono essere cresciuti molto velocemente. Ma fino a ora gli astronomi non avevano individuato il "cibo per buco nero" - gas e polvere - in quantità sufficienti per spiegare questa rapida crescita.

A complicare ulteriormente le cose, le precedenti osservazioni con ALMA, l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, hanno rivelato in queste galassie primordiali molta polvere e gas, in grado di alimentare una rapida formazione di stelle. Queste osservazioni di ALMA hanno suggerito che potrebbe essere rimasto troppo poco "cibo" per alimentare un buco nero.

Per risolvere questo mistero, Farina e i suoi colleghi hanno usato lo strumento MUSE sul VLT (Very Large Telescope) dell'ESO nel deserto cileno di Atacama per studiare i quasars - oggetti estremamente luminosi alimentati da buchi neri supermassicci che risiedono al centro di enormi galassie. Lo studio ha esaminato 31 quasar che vengono visti com'erano più di 12,5 miliardi di anni fa, in un momento in cui l'Universo era ancora un bambino, di soli circa 870 milioni di anni. Questo è uno dei più grandi campioni di quasar della fase primordiale dell'Universo.

Gli astronomi hanno scoperto che 12 quasar erano circondati da enormi serbatoi di gas: aloni di idrogeno gassoso, freddo e denso, che si estendevano per 100000 anni luce dal buco nero centrale e con miliardi di volte la massa del Sole. L'equipe, proveniente da Germania, Stati Uniti, Italia e Cile, ha anche scoperto che questi aloni di gas sono strettamente legati alle galassie, fornendo la fonte di cibo perfetta per sostenere sia la crescita dei buchi neri supermassicci che la vigorosa formazione stellare.

La ricerca è stata possibile grazie alla superba sensibilità di MUSE, (o Multi Unit Spectroscopic Explorer), installato sul VLT dell'ESO, che Farina afferma essere "un punto di svolta" nello studio dei quasar. "Nel giro di poche ore per oggetto, siamo stati in grado di scavare a fondo nei dintorni dei più grandi e voraci buchi neri presenti nel giovane Universo", aggiunge. Mentre i quasar sono luminosi, i serbatoi di gas intorno a loro sono molto più difficili da osservare. Ma MUSE riesce a rilevare il debole bagliore dell'idrogeno gassoso degli aloni, permettendo agli astronomi di rivelare finalmente le scorte di cibo che alimentano i buchi neri supermassicci nell'Universo primordiale.

In futuro, l'ELT (Extremely Large Telescope) dell'ESO aiuterà gli scienziati a rivelare ulteriori dettagli sulle galassie e sui buchi neri supermassicci nei primi due miliardi di anni dopo il Big Bang. "Con la potenza dell'ELT saremo in grado di indagare ancora più a fondo l'Universo primordiale per trovare molte più nebulose di gas", conclude Farina.

Ulteriori Informazioni

Questo lavoro è stato presentato in un articolo pubblicato dalla rivista The Astrophysical Journal.

L'equipe è composta da: Emanuele Paolo Farina (Max Planck Institute for Astronomy [MPIA], Heidelberg, Germania e Max Planck Institute for Astrophysics [MPA], Garching bei München, Germania), Fabrizio Arrigoni-Battaia (MPA), Tiago Costa (MPA), Fabian Walter (MPIA), Joseph F. Hennawi (MPIA e Department of Physics, University of California, Santa Barbara, USA [UCSB Physics]), Anna-Christina Eilers (MPIA), Alyssa B. Drake (MPIA), Roberto Decarli (Astrophysics and Space Science Observatory of Bologna, Italian National Institute for Astrophysics [INAF], Bologna, Italia), Thales A. Gutcke (MPA), Chiara Mazzucchelli (European Southern Observatory, Vitacura, Cile), Marcel Neeleman (MPIA), Iskren Georgiev (MPIA), Eduardo Bañados (MPIA), Frederick B. Davies (UCSB Physics), Xiaohui Fan (Steward Observatory, University of Arizona, Tucson, USA [Steward]), Masafusa Onoue (MPIA), Jan-Torge Schindler (MPIA), Bram P. Venemans (MPIA), Feige Wang (UCSB Physics), Jinyi Yang (Steward), Sebastian Rabien (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching bei München, Germania), e Lorenzo Busoni (INAF-Arcetri Astrophysical Observatory, Firenze, Italia).

L'ESO (European Southern Observatory, o Osservatorio Australe Europeo) è la principale organizzazione intergovernativa di Astronomia in Europa e di gran lunga l'osservatorio astronomico più produttivo al mondo. È sostenuto da 15 paesi: Austria, Belgio, Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Italia, Paesi Bassi, Polonia, Portogallo, Regno Unito, Repubblica Ceca, Spagna, Svezia, e Svizzera, oltre al paese che ospita l'ESO, il Cile e l'Australia come partner strategico. L'ESO svolge un ambizioso programma che si concentra sulla progettazione, costruzione e gestione di potenti strumenti astronomici da terra che consentano agli astronomi di realizzare importanti scoperte scientifiche. L'ESO ha anche un ruolo di punta nel promuovere e organizzare la cooperazione nella ricerca astronomica. L'ESO gestisce tre siti osservativi unici al mondo in Cile: La Silla, Paranal e Chajnantor. Sul Paranal, l'ESO gestisce il Very Large Telescope, osservatorio astronomico d'avanguardia nella banda visibile e due telescopi per survey. VISTA, il più grande telescopio per survey al mondo, lavora nella banda infrarossa mentre il VST (VLT Survey Telescope) è il più grande telescopio progettato appositamente per produrre survey del cielo in luce visibile. L'ESO è il partner principale di APEX e di ALMA, il più grande progetto astronomico esistente, sulla piana di Chajnantor. E sul Cerro Armazones, vicino al Paranal, l'ESO sta costruendo l'Extremely Large Telescope o ELT (significa Telescopio Estremamente Grande), un telescopio da 39 metri che diventerà "il più grande occhio del mondo rivolto al cielo".

La traduzione dall'inglese dei comunicati stampa dell'ESO è un servizio dalla Rete di Divulgazione Scientifica dell'ESO (ESON: ESO Science Outreach Network) composta da ricercatori e divulgatori scientifici da tutti gli Stati Membri dell'ESO e altri paesi. Il nodo italiano della rete ESON è gestito da Anna Wolter.

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INAF-Osservatorio Astronomico di Brera
Milano, Italy
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Heidelberg and Garching bei München, Germany
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E-mail: emanuele.paolo.farina@gmail.com

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Questa è una traduzione del Comunicato Stampa dell'ESO eso1921.

Sul Comunicato Stampa

Comunicato Stampa N":eso1921it
Nome:Quasar
Tipo:Early Universe : Galaxy : Activity : AGN : Quasar
Facility:Very Large Telescope
Instruments:MUSE
Science data:2019ApJ...887..196F

Immagini

Un alone di gas osservato da MUSE intorno alla fusione tra galassie come viste da ALMA
Un alone di gas osservato da MUSE intorno alla fusione tra galassie come viste da ALMA
Rappresentazione artistica di un quasar lontano circondato da un alone di gas
Rappresentazione artistica di un quasar lontano circondato da un alone di gas

Video

ESOcast 214 "in pillole": Il pasto del buco nero all'alba cosmica
ESOcast 214 "in pillole": Il pasto del buco nero all'alba cosmica
Veduta 3D dell'alone di gas osservato da MUSE intorno alla fusione tra galassie come viste da ALMA
Veduta 3D dell'alone di gas osservato da MUSE intorno alla fusione tra galassie come viste da ALMA
Animazione artistica di un quasar lontano circondato da un alone di gas
Animazione artistica di un quasar lontano circondato da un alone di gas

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