Buchi Neri: Non Distruzione ma Protezione

Un'immagine che mostra getti di gas bi-polari che hanno origine da un buco nero supermassiccio al centro di una galassia. Credito: ESA/Hubble, L. Calçada (ESO)

Uno studio ha rivelato che le galassie possiedono un meccanismo regolatore simile a cuore e polmoni, che controlla la loro crescita limitando l'assorbimento di gas.

Questo meccanismo, che coinvolge un buco nero supermassiccio e le sue emissioni di getti, impedisce alle galassie di espandersi troppo rapidamente, garantendone la longevità e prevenendo l'invecchiamento prematuro in "galassie zombie".

Le galassie evitano una morte precoce perché hanno un "cuore e polmoni" che regolano efficacemente il loro "respiro" e impediscono loro di crescere incontrollatamente, suggerisce un nuovo studio.

Se così non fosse, l'Universo invecchierebbe molto più velocemente di quanto abbia fatto, e tutto ciò che vedremmo oggi sarebbero immense "galassie zombie" colme di stelle morte e moribonde.

Questo è ciò che emerge da uno studio pubblicato su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, il quale indaga su uno dei grandi misteri dell'Universo - perché le galassie non sono così grandi come gli astronomi si aspetterebbero.

Qualcosa sembra soffocare il loro enorme potenziale limitando la quantità di gas che assorbono per convertirlo in stelle, invece di crescere senza fine, qualcosa al loro interno resiste a quello che si riteneva essere l'inevitabile attrazione gravitazionale.

Questo video mostra un getto supersonico che genera un'azione "simile a un mantice", ricevendo impulsi dal suo "cuore" buco nero, facendolo espandere e contrarre "come un polmone gonfio d'aria", emettendo "aria calda" (onde di pressione) nell'ambiente circostante. Gli assi del grafico sono scale di distanza non dimensionalizzate. Credito: C Richards/MD Smith/University of Kent

Ora, gli astrofisici dell'Università di Kent pensano di aver scoperto il segreto. Suggeriscono che le galassie potrebbero effettivamente controllare il ritmo di crescita attraverso il modo in cui “respirano”.

Nella loro analogia, i ricercatori hanno paragonato il buco nero supermassiccio al centro di una galassia al suo cuore e i due getti bi-polari supersonici di gas e radiazioni che emettono agli apparati respiratori che nutrono un paio di polmoni.

Gli impulsi provenienti dal buco nero - o "cuore" - possono portare a fronti d'urto nel getto oscillanti avanti e indietro lungo entrambi gli assi del getto, molto simili al diaframma toracico nel corpo umano che si muove su e giù all'interno della cavità toracica per far gonfiare e sgonfiare entrambi i polmoni.

Questo può portare a una trasmissione di energia del getto ampiamente nel mezzo circostante, proprio come quando respiriamo aria calda, risultando in una rallentamento dell'accrezione di gas della galassia e della sua crescita.

Due diversi esempi della simulazione di un lato dei getti bi-polari simmetrici, dove onde di pressione si diffondono nel mezzo extra-galattico. Qui vengono mostrate le variazioni di pressione utilizzando una scala di colore temperatura rossa (scuro = bassa pressione, chiaro = alta pressione). Ogni getto entra da sinistra con una pressione che scende rapidamente mentre spinge contro il mezzo ambiente. Gli assi sono scale di distanza non dimensionalizzate. Credito: C Richards/MD Smith/University of Kent

Lo studente di dottorato Carl Richards ha formulato la teoria dopo aver creato nuove simulazioni mai provate prima per investigare il ruolo che i getti supersonici potrebbero avere nell'inibire la crescita delle galassie.

Ciò ha comportato il permettere al "cuore" del buco nero di pulsare e ai getti di essere a alta pressione - molto simili a una forma di ipertensione, se estendiamo il confronto al corpo umano.

Ciò ha fatto sì che i getti "agissero come mantici", ha detto, inviando onde sonore "come increspature sulla superficie di uno stagno".

I fenomeni sono simili all'equivalente terrestre delle onde sonore e d'urto prodotte quando si apre una bottiglia di champagne, lo stridio di una macchina, gli scarichi di un razzo e la perforazione di contenitori pressurizzati.

Le onde sonore (increspature) nel gas caldo che riempie il cluster di Perseo sono mostrate in questa immagine di un'artista. Si ritiene siano state generate da cavità espulse dai getti di un buco nero supermassiccio (punto bianco brillante) al centro della galassia. Credito: NASA/NASA/CXC/M.Weiss

"Abbiamo capito che ci doveva essere un mezzo per far sì che i getti supportassero il corpo - il gas circostante della galassia - ed è ciò che abbiamo scoperto nelle nostre simulazioni al computer", ha detto Richards.

"Il comportamento inaspettato è stato rivelato quando abbiamo analizzato le simulazioni al computer ad alta pressione e abbiamo permesso al cuore di pulsare.

"Ciò ha mandato una serie di impulsi nei getti ad alta pressione, facendoli cambiare forma a causa dell'azione simile a mantici dei fronti d'urto oscillanti del getto."

Questi getti iperpressurizzati si sono effettivamente espansi "come polmoni gonfi d'aria", hanno detto i ricercatori.

Nel farlo, hanno trasmesso onde sonore nella galassia circostante sotto forma di una serie di increspature di pressione, che poi sono state dimostrate sopprimere la crescita della galassia.