Come le luci più brillanti "sfarfallano" nello spazio

I buchi neri supermassicci attraggono con enorme forza il gas che li circonda. Quando questo gas ruota attorno al buco nero, diventa sempre più caldo a causa dell'attrito e inizia a irradiare. È così che si formano gli oggetti più luminosi dell'universo: i cosiddetti nuclei galattici attivi (AGN). Spesso brillano più delle centinaia di miliardi di stelle della loro galassia. Al centro della nostra galassia, la Via Lattea, c'è anche un buco nero di questo tipo che, secondo alcuni studi, potrebbe aver brillato come AGN qualche milione di anni fa. I ricercatori dell'ETH di Zurigo, guidati dal professore di astronomia Kevin Schawinski, hanno ora dimostrato in un nuovo studio che questi AGN non brillano in modo permanente, ma assomigliano piuttosto a una lampada tremolante. Nell'ultimo numero del Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, gli astronomi dell'ETH riferiscono per la prima volta, sulla base di dati osservativi, che gli AGN si "accendono e si spengono" ogni poche centinaia di migliaia di anni.

Gli AGN emettono luce in tutto lo spettro elettromagnetico, dai raggi X alle onde radio. Da un lato, i telescopi rilevano i raggi X che provengono dalle immediate vicinanze dell'AGN. Dall'altro, i telescopi registrano anche la luce visibile, ma solo con un certo ritardo: è come una lampada a gas che non si accende immediatamente quando si preme l'interruttore.

La luce visibile non proviene direttamente dal nucleo galattico attivo, ma dal gas che riempie lo spazio tra le stelle della galassia. Gli atomi di questo gas interstellare sono eccitati a brillare in un modo molto specifico dalla radiazione del nucleo galattico attivo. Il ritardo è dovuto al tempo necessario alla luce per raggiungere il bordo della galassia e accendere la "lampada a gas" galattica. Prima che ciò avvenga, il nucleo galattico attivo si trova in uno stato apparentemente "spento", almeno per quanto riguarda la luce visibile. In questo stato, tuttavia, il nucleo galattico attivo emette già raggi X.

Nuclei apparentemente "spenti

In un'ampia raccolta di dati sui nuclei galattici attivi osservati, i ricercatori dell'ETH hanno scoperto che circa il cinque per cento di essi si trovava in uno stato apparentemente "spento". Ciò significa che, pur essendo stati rilevati dai telescopi a raggi X, non brillavano ancora della tipica luce visibile di una "lampada a gas galattica".

Se il cinque per cento di tutti i nuclei galattici attivi osservati non è ancora visibilmente illuminato, gli scienziati concludono che lo stato apparentemente spento rappresenta il cinque per cento, cioè un ventesimo, della durata totale della fase di luce-buio di un AGN. È come fotografare una persona ogni giorno: alla fine della sua vita, ci saranno più foto dell'età adulta più lunga che della pubertà più breve, nella stessa proporzione in cui l'età adulta era più lunga della pubertà.

190.000 anni di luminosità

I collaboratori sapevano da un precedente lavoro teorico che lo stato di spegnimento di un nucleo galattico attivo - che può essere paragonato a una fase della vita come la pubertà - dovrebbe durare circa 10.000 anni. È il tempo necessario alla luce per attraversare una galassia tipica. Al contrario, ciò significa che una fase AGN completa - l'analogo di un'intera vita umana - dura in media 20 volte tanto, cioè 200.000 anni.

"Questo risultato è importante per capire meglio come un nucleo galattico attivo influenzi la galassia che lo circonda", afferma l'ETH professor e leader dello studio Kevin Schawinski. Gli astrofisici sapevano già che i nuclei galattici attivi possono accumulare gas anche per Chi siamo per diversi miliardi di anni. Tuttavia, nessuno sapeva se in questo periodo di tempo avessero accumulato abbastanza gas da poter brillare. "Ora sappiamo che il bagliore di un nucleo galattico attivo è più simile allo sfarfallio di una lampadina a risparmio energetico che passa da 'acceso' a 'spento' ogni 20 millisecondi", spiega Schawinski. Rispetto alle centinaia di milioni di anni in cui un nucleo galattico rimane attivo, 200.000 anni sono un tempo altrettanto breve.

Influenza sulla formazione stellare

"I 200.000 anni vanno intesi come un ordine di grandezza e sono una media statistica", sottolinea Schawinski. Ciò significa che la fase AGN può durare un po' di più per una galassia che per un'altra. Ma per tutte la durata dovrebbe essere di qualche centinaio di migliaia di anni. Questa restrizione potrebbe aiutare a capire come i nuclei galattici attivi intervengono nell'evoluzione della loro galassia d'origine. Ad esempio, è possibile che la radiazione di un AGN riscaldi le nubi di gas in collasso in cui si stanno formando le stelle. Il riscaldamento ritarderebbe o impedirebbe completamente il collasso delle nubi di gas e quindi la formazione di stelle. Tuttavia, il nucleo attivo della galassia dovrebbe brillare abbastanza a lungo perché questo accada. "Stimare la durata di una fase AGN ci avvicina molto alla risposta a questa domanda", afferma Schawinski.