Riassunto:
Per decenni, la comunità astronomica è stata sconcertata da un profondo mistero al centro delle galassie massicce: poiché i potenti getti emessi dai buchi neri supermassicci riscaldano il gas circostante che dovrebbe servire da "nutrienti", come continuano a procurarsi rifornimenti e a mantenersi "nutriti"? Ora, le ultime immagini osservative restituite dal James Webb Space Telescope (JWST) forniscono la prova diretta più chiara di questo processo finora, segnando un passo fondamentale per gli astronomi nella risoluzione di questo mistero.
Questa ricerca collaborativa internazionale pubblicata su The Astrophysical Journal Letters è stata condotta dall'Università di Montreal in Canada e ha visto la partecipazione della Michigan State University negli Stati Uniti e di altre istituzioni. Il gruppo di ricerca ha messo gli occhi su NGC 4696, la galassia ellittica al centro dell’ammasso della galassia del Centauro, a circa 145 milioni di anni luce dalla Terra. Questo denso ammasso di galassie è un eccellente laboratorio naturale per la comunità astronomica per studiare il funzionamento dei nuclei galattici attivi (AGN).
Al centro di quasi tutte le grandi galassie si nasconde un buco nero supermassiccio con una massa milioni o addirittura miliardi di volte quella del sole. Quando divorano violentemente la materia circostante, formano nuclei galattici attivi e allo stesso tempo rilasciano verso l'esterno getti ad alta energia sorprendentemente potenti. Questi getti non solo rimodellano la galassia ospite e inibiscono la nascita di nuove stelle, ma dominano anche l’evoluzione dell’intera galassia. Tuttavia, questa intensa attività innesca anche il cosiddetto “paradosso dell’alimentazione”: il getto riscalda continuamente il gas attorno al buco nero e, in teoria, finirà per tagliare completamente la fornitura di materie prime necessarie alla sopravvivenza e alla crescita del buco nero.
L'ipotesi accademica tradizionale è che parte del gas riscaldato si raffredderà e si condenserà nel tempo in sottili strutture filamentose e ricadrà al centro della galassia, formando così un ciclo materiale "autoregolante" che consente al buco nero di ricostituire il suo carburante distruggendo l'ambiente. Per verificare questa ipotesi, il gruppo di ricerca ha utilizzato lo spettrometro nel vicino infrarosso del telescopio Webb (NIRSpec) per condurre osservazioni approfondite per quasi 8 ore e ha monitorato con successo il movimento del gas nelle profondità della sfera gravitazionale del buco nero.
Nel contesto di galassie che si estendono per centinaia di migliaia di anni luce, il telescopio Webb ha dimostrato un potere risolutivo sorprendente, analizzando accuratamente strutture microscopiche su una scala di soli 30 anni luce circa. Gli spettri di osservazione e le immagini mostrano che il vortice "a forma di S" precedentemente osservato al centro è in realtà un disco di gas con un diametro di quasi 800 anni luce e che ruota ad alta velocità attorno al buco nero. Il materiale nel disco si muove ad una velocità fino a 600 chilometri al secondo.
Ancora più innovativo è il fatto che il disco rotante è direttamente collegato agli enormi filamenti di gas che si estendono nella galassia. I dati mostrano chiaramente che il gas scorre verso l’interno lungo questi filamenti, che sono larghi centinaia di anni luce e lunghi migliaia di anni luce, direttamente nel disco di accrescimento rotante che alimenta il buco nero. Il campo magnetico gioca un ruolo chiave in questo processo, rallentando la rotazione del gas in caduta e guidando il materiale a convergere verso l’interno. Il buco nero poi esplode in un altro getto, consentendo all’intero ciclo autosufficiente di continuare ancora e ancora.
Simulazioni numeriche computerizzate avanzate hanno confermato questo modello anche da dimensioni indipendenti. Il comportamento dinamico del gas nella simulazione corrisponde molto fedelmente alla scena reale catturata dal telescopio Webb. I ricercatori hanno sottolineato che i calcoli teorici originariamente prevedevano che i campi magnetici avrebbero guidato il flusso del gas freddo verso i buchi neri giganti. Tuttavia, con la risoluzione senza precedenti del telescopio Webb, questo ciclo cosmico, rimasto a lungo sulla carta, è stato completamente presentato agli occhi umani.
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