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giovedì 12 settembre 2019

#BuchiNeri #Galassie #Quasar #starburst #Universo

Cosa sono i venti galattici?

Fenomeni energetici che possono sconvolgere la formazione stellare della galassia ospite, i più forti possono uscire dalle galassie per centinaia di anni luce. Ma cosa sono questi venti galattici? e come si formano?

I venti galattici sono flussi di particelle elettricamente cariche che si muovono ad alta velocità all'interno delle galassie.
Sono fenomeni del tutto simili al vento solare, che viaggia attraverso il Sistema Solare e si propaga dal Sole.

Ma mentre il vento solare viene emesso dal Sole,
che cosa genera il vento galattico?

Quelli più deboli, nascono da stelle molto massicce.
Non solo le stelle di Wolf Rayet ma anche stelle super giganti e iper giganti possono generare venti galattici.
Sono stelle di primissima generazione, e sono estremamente attive: cioè hanno una fusione nucleare molto più attiva di stelle meno dense. Proprio a causa della loro iper attività hanno anche una vita molto breve perché l'idrogeno finisce molto in fretta portando la stella agli stadi successivi.
Ma nella loro breve vita, producono venti stellari talmente forti da inondare lo spazio circostante molto più di quanto faccia il Sole e molto più intensamente. Ecco perché spesso questi venti stellari diventano venti galattici.
Nella nostra galassia troviamo una alta concentrazione di queste stelle nell'ammasso stellare Westerlund 1.
Trovi un approfondimento su questo splendido oggetto a questo link: Westerlund 1, Le stelle più massicce della galassia sono qui!

I venti galattici generati da queste stelle super massicce sono a tutti gli effetti una parte della corona stellare che si allontana dalla stella in questione. Su queste stella la gravità non è sufficiente a vincere la pressione generata dalla fusione nucleare, e molto materiale scappa via. Quindi sono flussi composti da idrogeno ionizzato (elettroni e protoni), elio (particelle alfa) e tracce di ioni pesanti e nuclei atomici.
Per avere un'idea di cosa stiamo parlando, una stella di wolf rayet può arrivare ad espellere ogni anno attraverso il proprio vento stellare una massa pari a 1 centomillesimo della massa del Sole (1 alla -5). E' tanto? E' poco? beh è' circa un miliardo di volte la massa che disperde in un anno il vento solare! sono circa 3,33 masse terrestri!
Tuttavia questi venti galattici non sono abbastanza energetici per fuoriuscire dalla galassia ospite, ma hanno un impatto altissimo sulla formazione di nuove stelle.
Questo avviene perché le particelle del vento galattico, che si muovono in flussi molto densi, urtano quelle presenti nelle nebulose interstellari, ricche di idrogeno e altri gas, aiutando le prime collisioni atomiche necessari per accendere la miccia della formazione stellare.

Ci sono poi i venti galattici formati dalle esplosioni di supernova.
Per scoprire tutti i segreti sulle supernove ti invitiamo a leggere questo articolo: Come nascono le supernove?

Questi venti sono molto più forti di quelli generati dalle stelle massicce come quelle di Wolf Rayet, e molto spesso proiettano materiale fino nell'alone della galassia ospite.
Sono venti molto esplosivi: si formano in pochi secondi, negli istanti successivi all'esplosione, e da quel momento iniziano il loro lungo cammino attraverso la galassia fino a raggiungerne le zone più esterne dell'alone.
E se vi sembra tanto il materiale trasportato ogni anno dai venti galattici provenienti da stelle massicce, pensate che quelli generati da supernove possono arrivare ad espellere la stessa quantità di materia soltanto in pochi secondi!

Questi flussi possono raggiungere velocità di 1.000 km/s, e se incontrano grosse nebuloso nel loro cammino sono in grado di innescare contemporaneamente decine di fenomeni di formazione stellare!
Le galassie che ospitano questi fenomeni vengono spesso etichettate come galassie starbust, ovvero galassie dalla formazione stellare accelerata!
abbiamo parlato molto di queste galassie esplosive a questo link: galassie starbust

E ora veniamo ai venti galattici più energetici, veloci, e densi: quelli generati dai nuclei galattici attivi e dai Quasar.
Scopri cosa sono realmente i quasar qui: Cosa sono i Quasar?

Questi venti sono dei veri e propri "uragani galattici": possono anche raggiungere la velocità di 3.000 km/s, una velocità spaventosa!
Se leggendo questo nostro approfondimento: Quanto veloci siamo da fermi? vi siete stupiti della velocità con la quale la Terra si muove nel cosmo, vi renderete sicuramente conto di quanto siano veloci questi venti galattici.
A questa velocità le particelle che costituiscono il vento riescono anche ad uscire dalla galassia ospite e si disperdono nello spazio intergalattico.

Potrebbe sembrare un fenomeno tragico per le galassie, perché perdono materiale che potrebbero riutilizzare per dar vita a nuove stelle.
Invece, donano una seconda opportunità alla galassia ospite quando questa avrà esaurito le sacche e le nebulose di gas primordiale che contiene.
Già, perché quando il materiale che fuoriesce dalla galassia si raffredda, dopo migliaia di anni tende a rientrare. Innescando un secondo ciclo di formazione stellare, sia per via dell'attrito, che per il materiale rientrante che funge da carburante.

Un esempio di formazione stellare molto attiva generato da un buco nero supermassiccio lo troviamo anche nella galassia a spirale M77 (NGC 1068).
Qui il buco nero al centro della galassia ha una massa di circa 5 milioni di soli, e ha creato un disco di accrescimento di circa 300 anni luce. Questo enorme buco nero soffia un vento galattico alla velocità di 3.000 km/sec, che prima di uscire dalla galassia sta innescando la formazione stellare di migliaia di nuove stelle.



giovedì 14 marzo 2019

#BuchiNeri #Galassie #starburst #Stelle #Supernovae #Universo

galassie starburst


Che cos'è, e che cosa scatena il fenomeno dello starburst galattico? e come facciamo a sapere che è in corso?

Le galassie sono piene zeppe di stelle. In questa epoca dell'Universo, molte sono quelle che muoiono e si spengono in modo più o meno cruento e spettacolare. Poche invece nascono e si accendono come flebili lucine viste appena in lontananza.
Ma in alcune galassie queste lucine si accendono ancora a ritmi veritiginosi (astronomicamente parlando) e l'effetto che abbiamo dalla Terra è simile a quello che avremmo guardando i fuochi d'artificio in un paese lontano all'orizzonte.

Proprio così, le galassie starburst sono galassie in cui, in questo momento, il tasso di formazione stellare è molto più alto della media. Ovviamente questo fenomeno non è perenne, non è sempre stato così frequente, e non lo sarà per sempre.

Anzi, queste esplosioni durano per un breve periodo rispetto alla lunga vita della galassia, perché la formazione stellare brucia molto rapidamente e voracemente il gas che trova nelle zone della galassie interessata.
Terminato il combustibile, o la spinta che ha innescato il fenomeno, lo starburst si affievolisce e tutto torna alla normalità.

Ciò che accomuna le galassie starburst è che il tasso di formazione stellare è incoerente con l'età della galassia.
Finché parliamo di formazione stellare in galassie molto lontane, e quindi molto giovani nell'universo, il fenomeno di starburst è piuttosto normale, poiché le giovani galassie appena formatesi all'inizio dell'universo ospitavano molto più gas di quanto non ne ospitino oggi. Quindi la formazione stellare era per forza molto frequente.

Ma ai nostri tempi, e quindi nelle galassie a noi più prossime, il gas primordiale si è consumato quasi tutto, tranne in alcune sacche in cui vediamo splendide nebulose.
Quindi un tasso di formazione stellare molto alto è del tutto anomalo paragonato all'età delle galassie odierne. La maggior parte delle galassie, oggi semplicemente non dovrebbe avere abbastanza gas per continuare l'azione dello starburst iniziale allungandolo per miliardi di anni.
Abbiamo parlato qui delle nebulose primordiali e di come sono fatte

Ma allora cosa innesca lo starburst nelle galassie odierne?
Alcune galassie, poche a dire il vero, possono avere velocità di formazione stellare superiori al normale semplicemente perché hanno volumi di gas e polvere ancora molto alti.
Ma questi sono casi rari e, come detto, la maggior parte delle galassie oggi non hanno le riserve di gas per giustificare uno starburst.
Quindi l'avvio di uno starburst oggi è innescato da alcuni eventi specifici.

Nella maggior parte dei casi questo evento è costituito dalla fusione di due galassie.
Durante la fusione tra due o più galassie, i gas delle protagoniste vengono mescolati insieme e aumentano di volume.
In più la collisione ed il mescolamento provocano onde d'urto che comprimono i gas e scatenano raffiche di formazioni stellari.
Ricordiamo poi che le fusioni tra galassie durano moltissimi anni, e le perturbazioni gravitazionali che iniziano ad affiorare durante le prime fasi possono generare abbastanza onde d'urto per innescare uno starburst anche in galassie apparentemente non in fase aperta di collisione.

Un'altra causa di innesco di starburst è costituita da frequenti esplosioni di supernovae e/o ipernovae.
Quando una supernova esplode genera onde d'urto nello spazio interstellare circostante per migliaia di anni luce. Se in una galassie esplodono molte supernovae in periodi relativamente brevi, ecco che le onde d'urto possono diventare abbastanza forti da accendere degli starburst se incontrano vaste zone nebulari.
Ovviamente affinché ciò avvenga è necessario che il gas primordiale ancora presente nella galassia sia abbastanza.
A questo link puoi capire cosa porta una stella ad esplodere in una potente supernovae: Cosa sono le supernove e perché sono così importanti per l'uomo?

Ma la causa più impensabile di starburst è rappresentata dai Nuclei Galattici Attivi. Sappiamo ormai per certo che la maggior parte delle galassie ospitano uno o più buchi neri supermassicci nel loro nucleo.
Se il buco nero non è attivo, la sua presenza assorbe energia e rallenta l'attività di formazione stellare della galassia. Ma se il buco nero in questione è attivo, allora può al contrario innescare una rapida formazione stellare. Il suo disco di accrescimento infatti, oltre a ingurgitare decine di masse solari, espelle a sua volta una grande quantità di materia attraverso i suoi poli magnetici, riciclando materia e creando enormi onde d'urto. E ancora una volta ecco gli elementi fondamentali per accendere la formazione stellare.
Per capire che differenza c'è tra i buchi neri attivi e quelli non attivi, e cosa sono i nuclei galattici attivi, potete leggere questo approfondimento sui Quasar

Infine c'è il così detto fenomeno dell' "accrescimento da flusso freddo", di cui sappiamo ancora poco ma che probabilmente sta coinvolgendo anche la nostra Via Lattea.
Ma su questo fenomeno abbiamo dedicato un intero approfondimento qui: Una seconda vita per la Via Lattea

Come si capisce se una galassia sta vivendo uno starburst?
Per capire se una galassia relativamente vicina stia attraversando uno starburst, si confronta il suo tasso di formazione stellare con il suo periodo di rotazione.
Se per esempio, la galassia esaurisce tutto il gas disponibile durante una rotazione, significa che il suo tasso di formazione stellare è molto alto e si può considerare una galassia starburst.
La Via Lattea compie una rotazione ogni 220 milioni di anni, alcune galassie ruotano molto più velocemente, altre più lentamente, ma in ogni caso queste rotazioni vanno chiaramente oltre la vita umana e le osservazioni dirette che possiamo fare. Per cui queste valutazioni sono fatte attraverso simulazioni basate su osservazioni delicate e complesse.

Un altro metodo usato consiste nel confrontare il tasso di formazione stellare di una galassie con l'età dell'universo.
Se il tasso di formazione riscontrato esaurisse tutto il gas disponibile in meno di 13,7 miliardi di anni, allora è possibile che una data galassia possa trovarsi in uno stato di starburst.

Come appaiono le galassie starburst? e quali sono le migliori candidate?
Essendo l'origine di questo fenomeno piuttosto vario, ne consegue che anche le galassie coinvolte possono essere di natura diverse.
Gli Starburst possono verificarsi quindi sia nelle galassie a spirale che nelle galassie irregolari o ellittiche.
I parametri per la ricerca di candidate galassie starburst non sono quindi basate sulla loro forma, ma su ciò che contengono.

Esistono oggi tre caratteristiche in base alla quale vengono classificate le potenziali galassie starburst: Galassie Wolf-Rayet, Galassie blu, e Galassie infrarosse.

Galassie Wolf-Rayet: Sono galassie che ospitano un alto numero di stelle Wolf-Rayet.
Questo tipo di stelle sono incredibilmente massicce e luminose, ma sono contraddistinte dal fatto che perdono costantemente moltissima massa.
Nella nostra galassia esiste una zona dove sono concentrate un alto numero di queste stelle. Si tratta dell'ammasso Westerlund 1

I venti stellari che producono queste stelle possono scontrarsi con le regioni di gas presenti nella galassie e accendere una rapida formazione stellare.

Galassie compatte blu: Sono galassie molto compatte, ma con massa molto bassa, la cui popolazione stellare è molto vecchia. Di conseguenza anche la loro età e è molto antica. Da qui la tendenza al colore blu.
Ma all'improvviso però iniziano a formare stelle.
E' molto probabile che in realtà queste galassie siano il risultato di fusioni tra galassie con età differenti.
Scontrandosi accumulano il gas residuo presente in entrambe le galassie e le onde d'urto provocate dallo scontro accendono gli starburst.

Galassie luminose negli infrarossi: Sono galassie oscure, difficili da studiare perché contengono alti livelli di polvere che oscurano l'osservazione e impediscono di vedere la luce delle loro stelle.
Ma nella banda degli infrarossi sono estremamente luminose, perché questa frequenza riesce a penetrare le polveri.
Il fatto che siano molto luminose indica che in realtà sono piene di stelle in formazione.
Questi sono indizi che fanno pensare che all'interno ci siano in realtà embrioni di stelle che si stanno formando e che in futuro accenderanno queste galassie come alberi di Natale al tramonto!

Nelle immagini che vi mostriamo vedete alcuni esempi di galassie starburst, una delle quali è la famosa galassia M82 nell'orsa maggiore.
Come potete vedere dalle immagini le zone di starburst sono particolarmente visibili e luminescenti!

venerdì 21 settembre 2018

#BuchiNeri #Galassie #Quasar #Universo

Cosa sono i Quasar?



Oggetti estremamente massicci, pesanti, luminosi e potenti.
Cosa sono i quasar? e cosa li fa diventare così luminosi?


Un tempo si pensava che i Quasar fossero anche gli oggetti più di distanti nell'universo, ma oggi sappiamo che la distanza (e quindi anche l'età) non è più una proprietà che distingue questi oggetti.
Sono stati scoperti grazie alle loro fortissime emissioni radio; da qui il nome di "oggetti quasi stellari ad emissione radio".
Oggi sappiamo che in realtà soltanto il 10% circa dei quasar conosciuti emette forti onde radio.

Ma quindi cosa sono i Quasar? e perché ci hanno tratto per tanto tempo?



I Quasar nono sono altro che buchi neri. Buchi neri supermassicci per la precisione. Eh... buchi neri molto luminosi anche. Di gran lunga gli oggetti più luminosi dell'universo.
Sono talmente luminosi da nascondere completamente la luce dei miliardi di stelle contenute nella loro galassia ospite!
Per capire meglio la struttura di un buco nero vi invitiamo a leggere questo approfondimento: Come sono fatti i buchi neri

Credete che questo sia un grande controsenso? Non lo è affatto, ed ecco il perché.
I Quasar, che ribadiamo sono a tutti gli effetti dei buchi neri, hanno dimensioni davvero enormi. Alcuni possono raggiungere la dimensione del nostro sistema solare.
E la massa di un Quasar può andare da milioni a miliardi di masse solari.



Come si può immaginare la forza di gravità nei pressi di questi buchi neri super massicci è davvero spaventosa. Anzi, ad essere sinceri è davvero difficile da immaginare.
Per intenderci, i quasar sono in grado di attirare a se, e in modo molto veloce, materia fino a distanze di anni luce. E la materia che finisce nelle lori fauci vi entra a velocità elevatissima: dai 3.000 ai 10.000 km/s!

Questo flusso di materia crea attorno al Quasar un vortice luminosissimo a causa della temperatura che si viene a creare, e dell'energia che viene prodotta.
Pensate, un Quasar converte in energia circa la metà della massa che inghiotte!

Ecco svelata la luminosità dei Quasar. E per paradosso essendo i Quasar dei buchi neri, possiamo dire che i buchi neri possono in queste circostanze essere gli oggetti più luminosi dell'universo.

E non è tutto.
I Buchi neri hanno un campo magnetico molto forte. Pensate a quanto possa essere forte il campo magnetico di un buco nero super-massiccio e quanto quello di un Quasar per come lo abbiamo descritto sopra.
I fortissimi campi magnetici che avvolgono i Quasar sono in grado di intrappolare parte della materia che il quasar divora e di riversarla verso l'esterno lungo i poli magnetici.

Questo fenomeno crea dei getti di materia ed energia potentissimi e luminosissimi.
Possono percorrere centinaia di anni luce attraverso la galassia ospite, e in molti casi sono anche in grado di uscirne! dando luogo ai venti galattici.

I primi anni dopo la loro scoperta, i Quasar ci hanno tratto in inganno perché nonostante la loro dimensione reale, essi appaiono grandi come stelle.
E quindi non si riusciva a capire come facesse una stella così lontana ad essere così luminosa e ad emettere così tante onde radio.
Solamente con le scoperte dei nuclei galattici attivi e del comportamento dei dischi di accrescimento dei buchi neri si è giunti alla conclusione che in realtà i Quasar non hanno niente a che vedere con le stelle.

Aver capito che i Quasar sono in realtà buchi neri super-massicci nei cuori di alcune galassie attive ci ha anche fatto capire che non tutti i quasar sono così lontani.
Ma i più lontani, e di conseguenza quelli più luminosi visto che riusciamo a vederli, si allontanano dalla terra ad una velocità che si avvicina quasi ad un terzo di quella della luce.

Ora sorgono spontanee alcune domande.
Tutti i buchi neri super-massicci nei centri galattici sono Quasar? E perché alcuni di loro emettono forti radiazioni radio come avviene per i nuclei galattici attivi? E che differenza c'è tra un Quasar e un nucleo galattico attivo?



La risposta è che Quasar, buchi neri super-massicci, e nuclei galattici attivi, sono la stessa cosa.
Quando un buco nero super-massiccio nel cuore di una galassia non sta divorando materia, rimane invisibile (se non per l'effetto della sua gravità sugli oggetti circostanti, come avviene nel caso nel nucleo della Via Lattea)
Nel cuore della Via Lattea ci sono centinaia di buchi neri. In questo approfondimento ne parliamo: Centinaia di buchi neri nel centro della Via Lattea
Ma non appena questo buco nero inizia a divorare materia, ecco che il disco di accrescimento si infiamma e con lui i getti di energia che vengono espulsi dai poli magnetici.
Ecco che si accende il Quasar, e che il nucleo della galassia diventa un nucleo galattico attivo.
Quando il pasto del buco nero termina, il Quasar torna ad essere un oscuro buco nero dalle dimensioni del sistema solare.
Si può quindi dire che il Quasar sia in realtà uno stato del buco nero, e che lo è solo per certi periodi.

Per concludere, l'angolo del polo magnetico di un Quasar rispetto alla terra cambia sensibilmente il modo in cui questo viene osservato.
Quindi, quando i jet di una quasar sono perpendicolari a noi, ci appare come radio-galassia.
Quando invece i jet hanno angolazioni diverse vediamo quelli che chiamiamo comunemente Quasar.
Infine, nei rari casi in cui questi getti sono puntati verso la terra, li chiamiamo Blazar, e ci appaiono ancora più luminosi dei Quasar, anche se sono proprio Quasar.

L'infografica che trovate nella pagina aiuta a comprendere i diversi nomi in base ai punti di vista.

Quasar, galassie attive, buchi neri e Blazar: tanti nomi per indicare la stessa cosa!





venerdì 14 settembre 2018

#bestOf2018 #BuchiNeri #ViaLattea

Nel centro della nostra galassia ci sono probabilmente centinaia di piccoli buchi neri. E' la prima volta che, anche se in maniera indiretta, vediamo nell'universo una "bolla" di buchi neri così relativamente vicini. La foto qui sopra è il risultato di una selezione fatta usando il telescopio spaziale della NASA Chandra che sta osservando, tra le altre cose, il cuore della Via Lattea.

Sono buchi neri dal raggio molto piccolo, ma che hanno una massa che va dalle 5 alle 30 volte quella del Sole. Ed proprio questo rapporto tra massa e dimensione a renderli così potenti.

Non si parla quindi di buchi neri super massicci come quello al centro della galassia, ma di piccolissimi buchi neri di massa stellare.

Il gruppo di buchi neri che si troverebbe nei pressi del centro della Via Lattea conterebbe decine di esemplari sparsi in una bolla dal diametro di circa tre anni luce attorno al famoso buco nero supermassiccio che si trova nel cuore: Sagittario A* (Sgr A*).
La presenza di questa popolazione di buchi neri è anche confermata dai sistemi di simulazione sui movimenti delle stelle all'interno delle galassie a spirale, eseguita sui dati raccolti dal telescopio Chandra.
Queste simulazioni mettono in evidenza che durante la vita della galassia, un numero che potrebbe arrivare fino 20.000 unità di buchi neri di massa stellare, si raccoglierebbe vicino al nucleo della galassia stessa.
Potete scoprire come è fatto realmente un buco nero in questo approfondimento: Come sono fatti i buchi neri?

Ma come facciamo ad essere così sicuri che ci siano tutti questi buchi neri vicino al nucleo della Via Lattea?

Un buco nero, da solo, è invisibile.
Tuttavia, i buchi neri di piccole dimensioni come quelli in questione, spesso sono nati da processi simili alle supernove 1a, e quindi hanno un così detto "compagno orbitale".
per capire meglio le supernovae 1A e questo tipo di buchi neri potete leggere questo approfondimento: Cosa sono le supernovae?

Quindi, un buco in coppia binaria con un'altra stella, attira a sè il gas dalla sua compagna, e lo fa ad una velocità straordinaria!
Questo materiale, mentre cade ad altissima velocità nelle fauci del buco nero, acquisisce una temperatura che arriva a milioni di gradi e il suo percorso attorno al buco nero assume una forma a disco.
Tutto ciò produce una forte emissione di raggi X. Da qui anche il nome di "binari a raggi X".

Nell'immagine del centro della Via Lattea che vedete qui sopra, i pallini rossi localizzano questo tipo di buchi neri.
Sono tutti localizzati in un'area di circa 12 anni luce attorno a Sgr A*
I pallini gialli invece rappresentano sorgenti a raggi X simili ai buchi neri binari, ma che però hanno origine da sistemi che ospitano al centro stelle nane bianche. Queste stelle potrebbero presto dare luce a delle supernovae di tipo 1A.

Dopo le osservazioni sulla variabilità delle emissioni di raggi X gli astronomi sono abbastanza sicuri che gli oggetti identificati dai puntini rossi siano dei buchi neri binari ed escludono che siano sistemi binari costituite da stelle di neutroni. Anche se esistono probabilità che questi oggetti siano in realtà "Pulsar millisecondi" e che il loro tempo di rotazione sia talmente veloce da non riuscire ad essere percepito dai nostri radiotelescopi odierni.

Poiché alle distanze di cui stiamo parlando possono essere osservate soltanto le sorgenti a raggi X più brillanti, le ipotesi degli astrofisici si spingono a stimare che in realtà la popolazione di buchi neri della zona non rilevato sia molto più alta. Inizialmente gli astrofisici pensavano che intorno a Sgr A* potesse esserci una popolazione da 300 ao 900 esemplari. Oggi si stima che in realtà ci siano qualcosa come 10-40 mila buchi neri di massa stellare!

Questa enorme popolazione di buchi neri accompagnati da stelle potrebbe fornire informazioni importanti sulla formazione dei sistemi binari di questo tipo che, a quanto pare, non sono poi così rari.
Costellazione:Perseo
Ascensione retta:03h 19m 48,2s
Declinazione:+41° 30′ 42″
Magnitudine:11,9
Dimensione apparente:2,2' x 1,7'
Distanza:235 milioni a.l.

martedì 20 febbraio 2018

#BuchiNeri #CieloProfondo #Galassie #Quasar #Universo


La maggior parte delle galassie che conosciamo oggi ospita nel cuore un buco nero più o meno massiccio. Gli astrofisici già da tempo sospettavano che questa presenza potesse influenzare l'evoluzione della galassia ospitante, oggi ne hanno avuto una conferma grazie ad una nuova scoperta che riguarda il buco nero al centro di una piccola galassia: 3C 298.

L'influenza e la relazione di cui stiamo parlando è quella tra i buchi neri al centro delle galassie ed il tasso di formazione stellare della galassia ospitante.
Gli astronomi infatti hanno osservato una stretta relazione tra la formazione di nuove stelle in una galassia e le dimensioni stimate del buco nero nel suo centro. Ma questa era fino ad oggi solo una relazione statistica, e il motivo per il quale ciò accadesse era ignoto.
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I buchi neri, in questo caso quelli supermassicci, noti anche come quasar, sono oggetti molto particolari, e capire come influenzano la vita delle galassie è indispensabile per capire come potrebbe essere il destino dell'universo.
A questo nostro approfondimento potete capire meglio come sono fatti questi oggetti peculiari: come nascono i buchi neri.

In uno studio pubblicato sul "The Astrophysical Journal" è stata esaminata l'energia che circonda i potenti venti generati dal quasar al centro di una piccola galassia a 9,3 miliardi di anni luce dalla terra: la galassia 3C 298.
Studiare con attenzione questo quasar significa studiare qualcosa che è esistito nell'universo primordiale, quasi 10 miliardi di anni fa, ospitato da una galassia agli albori della sua esistenza.
Ciò significa che quello che vediamo accadere li, è probabilmente accaduto anche in molte altre galassie e le sue conseguenze sono quelle che vediamo in galassie molto più vicine e quindi in uno stadio evolutivo molto più avanzato.
Scopri cos'è davvero un quasar e perché, nonostante sia un buco nero, è così luminoso a questo approfondimento: I quasar, cosa sono e perché sono così luminosi?
Ma veniamo ora al punto della scoperta.
I buchi neri, come sappiamo, attirano inesorabilmente verso di loro i corpi celesti che sono nelle vicinanze. E non solo quelli nelle immediate vicinanze, ma con il passare dei millenni anche quelli più distanti.
Quando una stella inizia ad essere divorata da un buco nero, il suo gas ed il suo plasma precipitano vorticosamente e molto velocemente verso l'orizzonte degli eventi. In questa fase, e finché il predatore non ha terminato il suo banchetto, si dice che il buco nero sta crescendo attivamente, e sta accumulando enormi quantità di materiale.
Ora, mentre per definizione i buchi neri non emettono luce, il materiale gassoso che fagocitano viene invece riscaldato a causa della velocità con la quale precipita nel buco nero e raggiunge temperature estreme.
Questo fenomeno porta i buchi neri ad essere contemporaneamente tra gli oggetti più luminosi ed energetici dell'universo: conosciuti anche con il nome di quasar. In realtà questa luminosità non è da attribuire al buco nero stesso, ma appunto alla zona che lo circonda. Quella in cui il materiale sta vorticando vertiginosamente.

Ora veniamo alla piccola galassia 3C 298.
Questa galassia come abbiamo detto si trova ad una distanza di 9,3 miliardi di anni luce. E' una galassia molto giovane, non ancora del tutto sviluppata. Le sue dimensioni sono ridotte, con un diametro di 11.000 anni luce, ed ha una popolazione stellare molto ridotta a causa della sua gioventù.
Come potete vedere nelle immagini qui sotto, non presenta nessuna spirale e nessuna delle bellissime particolarità che osserviamo nelle galassie più vicine a noi e più sviluppate.
Però, nel suo centro galattico è presente un enorme quasar super massicio!

Cosa può dirci di così importante un oggetto apparentemente così privo di attrazione?
Bene, lo studio di cui sopra relativo al quasar presente al centro della galassia 3C 298 ha osservato proprio come l'enorme energia generata dal processo di accrescimento di un buco si disperda nello spazio circostante in forma di venti simili al vento solare.
La ricerca ha rivelato che i venti soffiano attraverso l'intera galassia e incidono sulla crescita delle stelle.
Questo fatto è molto rilevante, perché significa che i quasar, o buchi neri supermassicci, sono in grado di influenzare le stelle che si formano all'interno delle galassie anche a grandi distanze dal nucleo galattico.
Potete scoprire qui come da una nebulosa nascano centinaia di stelle grazie a perturbazioni gravitazionali o a spinte energetiche come queste. Nebulose diffuse: ricordi dell'universo primordiale.
Per arrivare al dunque, oggi le galassie vicine a noi, e che quindi si presentano con una età prossima ai nostri tempi, mostrano che la loro massa è strettamente correlata alla massa del buco nero supermassiccio che ospitano.
Lo studio di cui stiamo parlando indica però che 3C 298 non rientra in questa normale relazione. Infatti la galassia 3C 298 è 100 volte meno massiccia di quanto dovrebbe essere considerando l'enorme quasar che ospita.
Ora, non dobbiamo dimenticarci un'aspetto fondamentale: 3C 298 si trova a 9,3 miliardi di anni luce da noi, quindi la stiamo vedendo com'era 9,3 miliardi di anni fa: l'età dell'universo primordiale.
Questo implica che la massa del suo quasar era altissima già nell'infanzia della galassia, e che l'energia del quasar sarà quindi in grado di controllare la crescita della galassia.
Gli astrofisici sono convinti che se potessimo osservare questa galassia all'età dei nostri giorni, cioè dopo 9,3 miliardi di anni di sviluppo, questa dovrebbe apparirci molto meno povera di stella e assolutamente più simile alle bellissime galassie che osserviamo nell'universo a noi più prossimo.

Queste conclusioni fanno parte di un programma di studi molto più vasta sui quasar lontani e sull'impatto che ha la loro energie sulla formazione delle stelle e sulla crescita delle galassie e che potranno stupirci ancora nel futuro gettando sempre più luce sulle meccaniche che hanno sviluppato l'universo come lo vediamo oggi.

Nell'immagine qui di seguito vediamo la galassia 3C 298 in tutto il suo aspetto primordiale. Le stelle presenti sono davvero poco: tutto ciò che vediamo principalmente gas. Il colore verde evidenzia il gas della galassia carico di energia e che viene illuminato dal quasar. Il colore blu riprende il forte vento stellare del quasar che soffia attraverso l'intera galassia. I colori rosso e arancio rappresentano il gas molecolare freddo rilevato dai telescopi ALMA. Il buco nero supermassiccio si trova al centro, circondato dalla zona più luminosa: il disco di accrescimento.



In quest'altra immagine invece vediamo una mappa schematica della galassia.


mercoledì 22 novembre 2017

#BuchiNeri #Galassie #OndeGravitazionali #Supernovae #Universo

Luce dalle onde gravitazionali

Per la prima volta, gli scienziati della NASA hanno rilevato la luce legata ad un'onda gravitazionale, grazie a due stelle di neutroni che si sono scontrate nella galassia NGC 4993, situata a circa 130 milioni di anni luce dalla Terra nella costellazione dell' Hydra.

Il telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della NASA ha raccolto un impulso di luce ad alta energia da una potente esplosione, che fu immediatamente riportata agli astronomi di tutto il mondo come un breve lampo gamma.
Successivamente gli scienziati del Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) hanno rilevato onde gravitazionali (soprannominate GW170817) provenienti da una coppia di stelle che si sono fuse generando una esplose nello stesso punto da cui era arrivato il raggio gamma.
Questo evento ha incoraggiando gli astronomi a cercare le conseguenze dell'esplosione. Poco dopo, l'esplosione è stata rilevata dal satellite INTEGRAL dell'ESA.


La NASA ha subito puntato i suoi telescopi Swift, Hubble, Chandra e Spitzer, seguiti da dozzine di osservatori terrestri, verso quell'angolo di cielo e hanno in catturato il bagliore sbiadito dei detriti in espansione dell'esplosione.
Per la prima volta abbiamo visto la luce e le onde gravitazionali prodotte dallo stesso evento: la rivelazione della luce di una sorgente di onde gravitazionali ha rivelato dettagli dell'evento che non possono essere determinati dalle sole onde gravitazionali.

Le stelle di neutroni (Pulsar) sono oggetti estremamente massicci, rimasugli di potenti esplosioni di supernove.
Potete leggere in questo approfondimento qual'è il violento processo che le genera e perché sono così massicce: Cosa sono le supernovae.

Si stima che le due pulsar che si sono unite in questo evento, probabilmente avevano masse tra il 10% e il 60% maggiori di quelle del nostro Sole, ma erano più piccole della città di Milano!
La coppia ruotava l'una intorno all'altra centinaia di volte al secondo, producendo onde gravitazionali alla stessa frequenza. Dopo essersi avvicinate e aver orbitato sempre più velocemente, le due stelle alla fine si sono fuse. Il risultato è stato una Kilonova: un fascio potentissimo e rarissimo di raggi gamma.
Questa animazione della NASA riassume molto bene le fasi dell'esplosione. 


Mentre le fusioni tra buchi neri molto probabilmente distrugge qualsiasi materia intorno a loro molto prima che si schianti, emanando pochissima luce visibile, le fusioni tra stelle di neutroni invece producono un'ampia varietà di luce perché gli oggetti quando si scontrano formano un vortice di detriti molto caldi.

La spiegazione preferita per i fasci brevi di raggi gamma è che siano causati da un getto di detriti che si muove vicino alla velocità della luce. Gli unici corpi in grado di accelerare la materia fino a queste velocità impressionanti sono i buchi neri o le stelle di neutroni durante una eventuale loro fusione.
Quindi, le osservazioni del LIGO ci dicono che c'è stata una fusione di oggetti molto compatti, mentre il Fermi ci dice che c'è stato un breve fascio di raggi gamma: unendo i dati sappiamo con abbastanza precisione che ciò che abbiamo osservato è stata la fusione di due stelle di neutroni.

A poche ore dall'iniziale rilevamento dei raggi gamma da parte del Fermi, Il LIGO è stato in grado di localizzare l'evento nel cielo con un'ulteriore analisi dei dati delle onde gravitazionali. Gli osservatori a terra hanno quindi localizzato rapidamente una nuova sorgente ottica e infrarossa, i resti rimasti della la kilonova, in NGC 4993.

Attraverso il telescopio Swift, poco dopo il rilevamento del raggio gamma di Fermi, si è osservata una esplosione ultravioletta (UV) che si è però affievolita molto velocemente.
Gli astrofisici non si aspettavano affatto che una kilonova producesse una emissione così brillante di raggi ultra violetti e pensano che questo sia stato prodotto dal disco di detriti di breve durata che ha alimentato il fascio di raggi gamma.
Dopo eventi di questo tipo, il materiale scagliato nello spazio dall'esplosione rallenta e si espande man mano che si allontana, riscaldando il materiale interstellare che incontra e producendo la cosiddetta emissione "afterglow" (dopo il bagliore) che include anche i raggi X.
Ma i telescopi spaziali non hanno osservato raggi X nell'immediato! E questa è stata una sorpresa inspiegabile per un evento che ha prodotto raggi gamma ad alta energia.
Soltanto nove giorni dopo l'esplosione, l'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA ha rilevato chiaramente i raggi X provenienti dall'esplosione.
Gli scienziati ritengono che il ritardo sia dovuto al nostro angolo di visione e che ci sia voluto del tempo perché il getto diretto verso la Terra si espandesse nella nostra visuale.

L'osservazione finale dei raggi X dopo l'esplosione dimostra che le fusioni tra stelle di neutroni possono formare potenti getti che scorrono a velocità prossime a quelle della luce, anche se abbiamo dovuto aspettare nove giorni per rilevarli perché li abbiamo visti lateralmente.

Il telescopio spaziale Hubble della NASA ha iniziato a fotografare la kilonova e a catturane lo spettro nel vicino infrarosso, che ha rivelato il movimento e la composizione chimica dei detriti in espansione.
Questo spettro sembra esattamente come i fisici teorici avevano previsto che fosse dopo la fusione tra due stelle di neutroni, legando questo oggetto alla sorgente di onde gravitazionali oltre ogni ragionevole dubbio.

Gli astronomi pensano che la luce visibile e quella infrarossa di una kilonova provenga principalmente dal riscaldamento dovuto al decadimento di elementi radioattivi formati nei detriti ricchi di neutroni. Lo scontro tra stelle di neutroni potrebbe essere la fonte maggiore di molti elementi pesanticome il platino e l'oro.

Le immagini qui sotto sono state riprese dal telescopio Swift. Riprendono la kilonova prodotta dalla fusione delle stelle di neutroni nella galassia NGC 4993 (riquadro) il 18 agosto 2017, circa 15 ore dopo che sono state osservate le onde gravitazionali e il fascio di raggi gamma. La fonte era inaspettatamente luminosa nello spettro ultravioletto e si è poi sbiadito rapidamente finendo per non essere più rilevabile dopo pochi giorni. Questo composito in falsi colori combina le immagini prese attraverso tre filtri ultravioletti.