La prima prova fotografica in assoluto di un potente jet che emerge da galassie in collisione


La galassia Seyfert 1, TXS 2116-077, (vista a destra) si scontra con un’altra galassia a spirale di massa simile, creando un getto relativistico al centro della TXS. Entrambe le galassie hanno nuclei galattici attivi (AGN).

Un team di ricercatori del Clemson University College of Science, in collaborazione con colleghi internazionali, ha riportato il primo rilevamento definitivo di un jet relativistico che emerge da due galassie in collisione – in sostanza, la prima prova fotografica che la fusione delle galassie può produrre getti di particelle cariche che viaggiano quasi alla velocità della luce.

Inoltre, gli scienziati avevano scoperto in precedenza che questi getti si potevano trovare nelle galassie di forma ellittica, che si possono formare nella fusione di due galassie a spirale. Ora, hanno un’immagine che mostra la formazione di un getto da due galassie più giovani, a forma di spirale.

“Per la prima volta, abbiamo trovato due galassie a spirale o a disco sul percorso di una collisione che hanno prodotto un nascente, baby jet che ha appena iniziato la sua vita al centro di una delle galassie”, ha detto Vaidehi Paliya, un ex ricercatore post-dottorato Clemson e autore principale dei risultati riportati sull’Astrophysical Journal il 7 aprile 2020.

L’articolo si intitola “TXS 2116-077: A gamma-ray emitting relativistic jet hosted in a galaxy merger.” Oltre a Paliya, che ora si trova al Deutsches Elektronen Synchrotronen (DESY) in Germania, gli altri autori di Clemson includono il professore associato Marco Ajello, il professor Dieter Hartmann e il professore aggiunto Stefano Marchesi del dipartimento di fisica e astronomia.

Il fatto che il jet sia così giovane ha permesso ai ricercatori di vedere chiaramente il suo ospite.

Secondo Ajello, altri hanno già immaginato più volte collisioni galattiche. Ma lui e i suoi colleghi sono i primi a catturare due galassie che si fondono dove c’è un jet completamente formato che punta verso di noi – anche se molto giovane, e quindi non ancora abbastanza luminoso da accecarci.

“In genere, un getto emette una luce così potente che non riusciamo a vedere la galassia che si trova dietro di esso”, ha detto Marchesi. “È come cercare di guardare un oggetto e qualcuno ti punta una torcia luminosa negli occhi. Tutto quello che si può vedere è luce della torcia. Questo getto è meno potente, quindi possiamo effettivamente vedere la galassia dove è nato”.

I jet sono i fenomeni astrofisici più potenti dell’universo. Possono emettere più energia nell’universo in un secondo di quanta ne produca il nostro sole in tutta la sua vita. Questa energia è sotto forma di radiazioni, come le onde radio intense, i raggi X e i raggi gamma.

“I jet sono i migliori acceleratori dell’universo – molto meglio dei super collisori che abbiamo sulla Terra”, ha detto Hartmann, riferendosi agli acceleratori usati negli studi di fisica delle alte energie.

Si pensava che i jet fossero nati da galassie più antiche, di forma ellittica, con un nucleo galattico attivo (AGN), che ha un buco nero super-massiccio che risiede al suo centro. Come punto di riferimento, gli scienziati ritengono che tutte le galassie abbiano buchi neri super-massicci centrali, ma non tutte sono AGN. Per esempio, l’enorme buco nero della Via Lattea è dormiente.

Gli scienziati teorizzano che gli AGN si ingrandiscono per attrazione gravitazionale di gas e polveri attraverso un processo chiamato accrescimento. Ma non tutta questa materia viene accumulata nel buco nero. Alcune delle particelle diventano accelerate e vengono vomitate verso l’esterno in stretti fasci sotto forma di getti.

“È difficile staccare il gas dalla galassia e farlo arrivare al suo centro”, ha spiegato Ajello. “Ci vuole qualcosa per scuotere un po’ la galassia per far sì che il gas ci arrivi”. La fusione o la collisione delle galassie è il modo più semplice per spostare il gas, e se il gas si muove a sufficienza, allora il buco nero supermassiccio diventerà estremamente luminoso e potrebbe potenzialmente sviluppare un getto”.

Ajello ritiene che l’immagine del team abbia catturato le due galassie, una galassia Seyfert 1 nota come TXS 2116-077 e un’altra galassia di massa simile, poiché si stavano scontrando per la seconda volta a causa della quantità di gas vista nell’immagine.

“Alla fine, tutto il gas sarà espulso nello spazio, e senza gas, una galassia non potrà più formare stelle”, ha detto Ajello. “Senza gas, il buco nero si spegnerà e la galassia rimarrà dormiente”.

Tra miliardi di anni, la nostra Via Lattea si fonderà con la vicina galassia di Andromeda.

“Gli scienziati hanno effettuato dettagliate simulazioni numeriche e hanno previsto che questo evento potrebbe portare alla formazione di una gigantesca galassia ellittica”, ha detto Paliya. “A seconda delle condizioni fisiche, potrebbe ospitare un jet relativistico, ma questo avverrà in un futuro lontano”.

Il team ha catturato l’immagine utilizzando uno dei più grandi telescopi terrestri del mondo, il telescopio ottico a infrarossi Subaru da 8,2 metri situato sulla cima di una montagna alle Hawaii. Hanno effettuato successive osservazioni con il Gran Telescopio Canarias e il William Herschel Telescope sull’isola di La Palma al largo della Spagna, nonché con il telescopio spaziale della NASA Chandra X-Ray Observatory della NASA.

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