La NASA Esplora una galassia attiva ‘TIE Fighter’


Questa immagine mostra il TXS 0128 a 15,4 gigahertz come osservato dal Very Long Baseline Array (VLBA), una rete di antenne radio a copertura del globo. I colori corrispondono all’intensità del segnale radio, da basso (viola) ad alto (giallo).

Non molto tempo fa, gli astronomi hanno mappato una galassia molto, molto lontana usando le onde radio e hanno scoperto che ha una forma sorprendentemente familiare. Nel corso del processo, hanno scoperto l’oggetto, chiamato TXS 0128+554, e hanno sperimentato due potenti attacchi di attività nell’ultimo secolo.


Circa cinque anni fa, il Fermi Gamma-ray Space Telescope della NASA ha riferito che il TXS 0128+554 (TXS 0128 in breve) è una debole fonte di raggi gamma, la forma di luce a più alta energia. Da allora gli scienziati hanno dato un’occhiata più da vicino utilizzando il Very Long Baseline Array (VLBA) e il Chandra X-ray Observatory della NASA.

“Dopo l’annuncio Fermi, abbiamo zoomato un milione di volte più da vicino sulla galassia utilizzando le antenne radio del VLBA e ne abbiamo tracciato la forma nel tempo”, ha detto Matthew Lister, professore di fisica e astronomia alla Purdue University di West Lafayette, Indiana. “La prima volta che ho visto i risultati, ho subito pensato che sembrasse la navicella spaziale da caccia TIE di Darth Vader di ‘Star Wars: Episodio IV – Una nuova speranza’. È stata una sorpresa divertente, ma la sua apparizione su diverse frequenze radio ci ha anche aiutato a saperne di più su come le galassie attive possono cambiare radicalmente su scala temporale decennale”.

Un articolo che descrive i risultati, condotto da Lister, è stato pubblicato nel numero del 25 agosto di The Astrophysical Journal ed è ora disponibile online.

Il TXS 0128 si trova a 500 milioni di anni luce di distanza nella costellazione di Cassiopeia, ancorata da un buco nero supermassiccio circa 1 miliardo di volte la massa del Sole. È classificata come una galassia attiva, il che significa che tutte le sue stelle insieme non possono rendere conto della quantità di luce che emette.

L’energia extra di una galassia attiva comprende l’eccesso di luce radio, raggi X e raggi gamma. Gli scienziati ritengono che questa emissione provenga da regioni vicine al suo buco nero centrale, dove un disco vorticoso di gas e polvere si accumula e si riscalda a causa delle forze gravitazionali e di attrito.

Circa un decimo delle galassie attive producono una coppia di getti, fasci di particelle ad alta energia che viaggiano a velocità quasi pari a quella della luce in direzioni opposte. Gli astrofisici pensano che questi getti producano raggi gamma. In alcuni casi, le collisioni con tenui gas intergalattici alla fine rallentano e arrestano il movimento verso l’esterno delle particelle dei getti, e il materiale comincia a fluire indietro verso il centro della galassia. Ciò si traduce in ampie regioni, o lobi, pieni di particelle in rapido movimento a spirale attorno ai campi magnetici. Le interazioni delle particelle creano un’emissione radio luminosa.

Questa illustrazione mostra due viste della galassia attiva TXS 0128+554, situata a circa 500 milioni di anni luce di distanza. A sinistra: i getti centrali della galassia appaiono come se li vedessimo entrambi con la stessa angolazione. Il buco nero, incastrato in un disco di polvere e gas, lancia una coppia di getti di particelle che viaggiano quasi alla velocità della luce. Gli scienziati ritengono che i raggi gamma (magenta) rilevati dal Fermi Gamma-ray Space Telescope della NASA provengano dalla base di questi getti. Quando i getti si scontrano con il materiale che circonda la galassia, formano lobi identici visti a lunghezze d’onda radio (arancione). I getti hanno sperimentato due distinti attacchi di attività, che hanno creato il divario tra i lobi e il buco nero. Esatto: La galassia appare nel suo orientamento reale, con i suoi getti che si inclinano fuori dalla nostra linea di vista di circa 50 gradi.

Fermi ha identificato oltre 3.000 galassie attive utilizzando il suo Telescopio a grande area, che rileva l’intero cielo ogni tre ore. Quasi tutte sono allineate in modo che un getto punti quasi direttamente sulla Terra, il che aumenta i loro segnali. Il TXS 0128, tuttavia, è circa 100.000 volte meno potente della maggior parte di loro. Infatti, anche se è relativamente vicino, Fermi ha dovuto accumulare cinque anni di dati dalla galassia prima di segnalarlo come fonte di raggi gamma nel 2015.

I ricercatori hanno poi aggiunto la galassia a un’indagine di lunga durata condotta dal VLBA, una rete di antenne radio gestite dal National Radio Astronomy Observatory che si estende dalle Hawaii alle Isole Vergini americane.

Le misurazioni dell’array forniscono una mappa dettagliata del TXS 0128 a diverse frequenze radio. La struttura radio che hanno rivelato si estende per 35 anni luce e si inclina di circa 50 gradi fuori dalla nostra linea di vista. Questo angolo significa che i getti non sono puntati direttamente verso di noi e può spiegare perché la galassia è così fioca di raggi gamma.

“L’universo del mondo reale è tridimensionale, ma quando guardiamo fuori nello spazio, di solito vediamo solo due dimensioni”, ha detto Daniel Homan, coautore e professore di astronomia alla Denison University di Granville, Ohio. “In questo caso, siamo fortunati perché la galassia è angolata in modo tale, dal nostro punto di vista, che la luce del lobo più lontano viaggia per decine di anni luce in più per raggiungerci rispetto a quella del lobo più vicino”. Questo significa che stiamo vedendo il lobo più lontano in un punto precedente della sua evoluzione”.

Se la galassia fosse allineata in modo che i getti e i lobi siano perpendicolari alla nostra linea di vista, tutta la luce raggiungerebbe la Terra nello stesso momento. Vedremmo entrambi i lati allo stesso stadio di sviluppo, che sono in realtà.

La forma apparente della galassia dipende dalla frequenza radio utilizzata. A 2,3 gigahertz (GHz), circa 21 volte superiore alla massima frequenza di trasmissione della radio FM, sembra un blob amorfo. La forma del caccia TIE emerge a 6,6 GHz. Poi, a 15,4 GHz, appare un chiaro divario nell’emissione radio tra il nucleo della galassia e i suoi lobi.

Il team di Lister sospetta che una tregua nell’attività del TXS 0128 abbia creato questo divario. I getti della galassia sembrano essere partiti circa 90 anni fa, come osservato dalla Terra, per poi fermarsi circa 50 anni dopo, lasciando i lobi non collegati. Poi, circa dieci anni fa, i getti si sono riaccesi, producendo l’emissione vista più vicina al nucleo. Ciò che ha causato l’improvvisa comparsa di questi periodi attivi non è ancora chiaro.

Questa animazione mostra l’aspetto mutevole della galassia attiva TXS 0128 a sei lunghezze d’onda radio misurate dall’Array Very Long Baseline: 2,3, 5, 6,6, 8,4, 15,4 e 22,2 gigahertz (GHz).

L’emissione radio fa anche luce sulla posizione del segnale a raggi gamma della galassia. Molti teorici hanno previsto che le galassie giovani e radio-luminose attive producono raggi gamma quando i loro getti si scontrano con gas intergalattici. Ma nel caso del TXS 0128, almeno, le particelle nei lobi non producono abbastanza energia combinata per generare i raggi gamma rilevati. Invece, il team di Lister pensa che i getti della galassia producano raggi gamma più vicini al nucleo, come la maggior parte delle galassie attive che Fermi vede.

Il team ha osservato la galassia in raggi X usando Chandra, cercando prove di un bozzolo avvolgente di gas ionizzato. Mentre le loro misurazioni non hanno potuto confermare la presenza o l’assenza di un bozzolo, ci sono state prove di tali strutture in altre galassie attive, come Cygnus A. Le osservazioni indicano che la galassia ha una grande quantità di polvere e gas che circonda il suo nucleo, il che è coerente con un angolo di visione molto inclinato.

“Questa galassia ci ricorda l’importanza delle osservazioni a più lunghezze d’onda, guardando gli oggetti in una vasta gamma dello spettro elettromagnetico”, ha detto Elizabeth Hays, la scienziata del progetto Fermi presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland.

“Fermi, il VLBA e Chandra aggiungono ciascuno uno strato alla nostra immagine crescente di questo oggetto, rivelando le proprie sorprese”.

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