La galassia che erutta: dallo Yellowstone National Park allo spazio cosmico

Lo studio sulla galassia che erutta é attualmente sotto revisione scientifica. La notizia é stata rilasciata dalla NASA.




Dai geyser allo spazio

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La galassia che erutta: Old Faithful Geyser, Parco Nazionale di Yellowstone.

Una galassia che erutta come un geyser non la si vede tutti i giorni. Nel 2021, evidentemente si. Durante l’anno oltre un milione di persone visitano il Parco Nazionale di Yellowstone, dove il geyser Old Faithful emette regolarmente un getto d’acqua bollente nell’aria. Ora, un team internazionale di astronomi ha scoperto un equivalente cosmico, una galassia che erutta all’incirca ogni 114 giorni. Utilizzando i dati di strutture come il Neil Gehrels Swift Observatory della NASA e il Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), gli scienziati hanno studiato 20 esplosioni ripetute di un evento chiamato ASASSN-14ko. Questi telescopi e strumenti sono sensibili a diverse lunghezze d’onda della luce. Usandoli in modo collaborativo, gli scienziati hanno ottenuto immagini più dettagliate delle esplosioni.

Fede nel cosmo

“Sono i bagliori multi-lunghezza ricorrenti più prevedibili e frequenti che abbiamo visto dal nucleo di una galassia. Ci danno un’opportunità unica per studiare questo Old Faithful extragalattico in dettaglio”, ha detto Anna Payne, laureata della NASA presso l’Università delle Hawaii. “Pensiamo che un buco nero supermassiccio al centro della galassia che erutta crei le esplosioni mentre consuma parzialmente una stella gigante in orbita”. Payne ha presentato i risultati martedì 12 gennaio al 237 ° incontro virtuale dell’American Astronomical Society. Un documento sulle osservazioni è in fase di revisione scientifica.

Alla ricerca del ritmo esplosivo

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La galassia che erutta: immagine della galassia attiva ESO 253-3, catturata dal Multi Unit Spectroscopic Explorer dell’Osservatorio spaziale europeo. (credits: Michael Tucker (University of Hawai’i) and the AMUSING survey)

Gli astronomi classificano le galassie con centri insolitamente luminosi e variabili come galassie attive. Questi oggetti possono produrre molta più energia del contributo combinato di tutte le loro stelle. Ciò comprende livelli di luce visibile, ultravioletta e raggi X superiori al previsto. Gli astrofisici pensano che l’emissione extra provenga da vicino al buco nero supermassiccio centrale della galassia. Qui un disco vorticoso di gas e polvere si accumula e riscalda a causa delle forze gravitazionali e di attrito. Il buco nero consuma lentamente il materiale, il che crea fluttuazioni casuali nella luce emessa dal disco. Ma gli astronomi sono interessati a trovare galassie attive con eruzioni che si verificano a intervalli regolari. Scovarli significherebbe identificare e studiare nuovi fenomeni ed eventi.

Il candidato perfetto

“ASASSN-14ko è attualmente il nostro miglior esempio di variabilità periodica in una galassia attiva. La tempistica dei suoi getti è molto coerente nei sei anni di dati analizzati da Anna e dal suo team”. Lo afferma Jeremy Schnittman, che studia i buchi neri ma non è coinvolto nella ricerca. “Questo risultato è un vero tour de force dell’astronomia osservativa multi-lunghezza d’onda”.



ASASSN-14ko è stato rilevato per la prima volta il 14 novembre 2014 dall’All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN), una rete globale di 20 telescopi robotici con sede presso la Ohio State University (OSU) a Columbus. Era in ESO 253-3, una galassia attiva a oltre 570 milioni di anni luce di distanza nella costellazione meridionale di Pictor. A quel tempo, gli astronomi pensavano che l’esplosione fosse molto probabilmente una supernova, un evento occasionale che distrugge una stella.

Il colpo di scena

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La galassia che erutta: In questa illustrazione, un mostruoso buco nero aspira il gas da una stella gigante in orbita. (credits: NASA’s Goddard Space Flight Center/Chris Smith (USRA/GESTAR) )

Sei anni dopo, Payne stava esaminando i dati ASAS-SN sulle galassie attive conosciute come parte del suo lavoro di tesi. Guardando la curva di luce dell’ESO 253-3, o il grafico della sua luminosità nel tempo, ha immediatamente notato una serie di bagliori equidistanti. Era un totale di 17, tutti separati da circa 114 giorni. Ogni bagliore raggiunge la sua massima luminosità in circa cinque giorni, per poi attenuarsi costantemente. Payne e i suoi colleghi hanno predetto che la galassia sarebbe esplosa di nuovo il 17 maggio 2020, quindi hanno coordinato le osservazioni congiunte con strutture terrestri e spaziali. ASASSN-14ko è esploso proprio nei tempi previsti. Da allora il team ha  osservato i successivi getti il 7 settembre e il 20 dicembre.

Indagini complementari

I ricercatori hanno utilizzato anche i dati TESS per dare uno sguardo dettagliato a un flare precedente. TESS osserva settori di cielo per circa un mese alla volta. Durante i primi due anni della missione le telecamere hanno raccolto un’immagine completa del settore ogni 30 minuti. Queste istantanee hanno permesso al team di creare una sequenza temporale precisa di un bagliore iniziato il 7 novembre 2018. Hanno monitorato l’emergere, il raggiungere il picco di luminosità e il diminuire in grande dettaglio. “TESS ha fornito un’immagine molto completa di quel particolare bagliore, ma a causa del modo in cui la missione immagina il cielo, non può osservarli tutti”, ha detto il coautore Patrick Vallely. “ASAS-SN raccoglie meno dettagli sulle singole esplosioni, ma fornisce una linea di base più lunga, che è stata fondamentale in questo caso. Le due indagini si completano a vicenda”.

Regolare al punto giusto

Utilizzando misurazioni da ASAS-SN, TESS, Swift e altri osservatori, tra cui NuSTAR della NASA e XMM-Newton dell’Agenzia spaziale europea, Payne e il suo team hanno fornito tre possibili spiegazioni per i getti ripetuti. Uno scenario prevedeva interazioni tra i dischi di due buchi neri supermassicci orbitanti al centro della galassia che erutta. Recenti misurazioni, anche in fase di revisione scientifica, suggeriscono che la galassia ospita effettivamente due di questi oggetti, ma non orbitano abbastanza vicino da tenere conto della frequenza dei getti. Il secondo scenario considerato dal team era una stella che passava su un’orbita inclinata attraverso il disco di un buco nero. In tal caso, gli scienziati si aspetterebbero di vedere bagliori di forma asimmetrica causati quando la stella disturba il disco due volte, su entrambi i lati del buco nero. Ma i bagliori di questa galassia hanno tutti la stessa forma.

Scenario vorticoso

Il terzo scenario, quello che il team ritiene più probabile, è un evento di interruzione parziale della marea. Un evento di interruzione della marea si verifica quando una stella sfortunata si muove troppo vicino a un buco nero. Le forze gravitazionali creano intense maree che spezzano la stella in un flusso di gas. La parte finale del flusso sfugge al sistema, mentre la parte principale torna indietro intorno al buco nero. Gli astronomi vedono brillanti bagliori da questi eventi quando il gas sparso colpisce il disco di accrescimento del buco nero.

In questo caso, gli astronomi suggeriscono che uno dei buchi neri supermassicci della galassia, uno con circa 78 milioni di volte la massa del Sole, distrugge parzialmente una stella gigante orbitante. L’orbita della stella non è circolare e ogni volta che passa più vicino al buco nero si gonfia verso l’esterno, perdendo massa ma non rompendosi completamente. Ogni incontro strappa via una quantità di gas pari a circa tre volte la massa di Giove.

Niente dura per sempre

Gli astronomi non sanno per quanto tempo persisteranno i getti della galassia che erutta. La stella non può perdere massa per sempre e, sebbene gli scienziati possano stimare la quantità di massa che perde durante ciascuna orbita, non sanno quanta ne avesse prima che iniziassero le interruzioni. Payne e il suo team hanno in programma di continuare a osservare gli scoppi previsti dell’evento, comprese le date imminenti di aprile e agosto 2021. Saranno anche in grado di esaminare un’altra misurazione da TESS, che ha catturato il flare del 20 dicembre con la sua frequenza di istantanee aggiornata di 10 minuti .

“TESS è stato progettato principalmente per trovare mondi oltre il nostro sistema solare”, ha detto Padi Boyd, lo scienziato del progetto TESS a Goddard. “Ma la missione ci sta anche insegnando di più sulle stelle nella nostra galassia, compreso il modo in cui pulsano e si eclissano a vicenda. In galassie lontane, abbiamo visto stelle terminare la loro vita in esplosioni di supernova. TESS ha persino osservato in precedenza un’interruzione completa della marea. Non vediamo l’ora di vedere le prossime eccitanti e sorprendenti scoperte che la missione farà “.



Daniele Tolu

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