Il Pesa-Nervi

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I misteri di Andromeda

Grazie alle straordinarie immagini fornite dal telescopio spaziale Hubble, la galassia di Andromeda rivela la presenza di un nucleo di stelle giovani, orbitanti intorno ad un gigantesco buco nero.

L'articolo seguente è una mia traduzione dall'inglese dell'articolo Hubble Finds Mysterious Disk of Blue Stars Around Black Hole, pubblicato il 20 settembre 2005 sul sito del telescopio spaziale Hubble.

Usando il telescopio spaziale Hubble della NASA, gli astronomi hanno identificato la sorgente di una misteriosa luce blu che circonda un buco nero supermassivo, all'interno della nostra vicina, la Galassia di Andromeda (M31). Se tale luce ha lasciato perplessi gli astronomi per più di un decennio, la nuova scoperta rende la storia ancora più misteriosa.

La luce blu proviene da un disco di stelle giovani e calde. Queste stelle stanno ruotando intorno al buco nero così come i pianeti nel nostro sistema solare ruotano intorno al Sole. Gli astronomi non sanno spiegarsi come questo disco di stelle di forma appiattita si sia potuto formare così vicino ad un buco nero gigante. In un ambiente così ostile, le forze di marea del buco nero dovrebbero strappar via la materia, rendendo difficile a gas e polveri collassare e formare stelle. Le osservazioni - dicono gli astronomi - possono fornire indizi sulle attività che si svolgono nei nuclei di galassie più distanti.

Con la scoperta di questo disco di stelle, gli astronomi hanno anche raccolto quelle che definiscono evidenze a prova di bomba dell'esistenza di un buco nero colossale. Tali prove hanno aiutato gli astronomi ad escludere tutte le teorie alternative per spiegare la massa oscura nel nucleo di Andromeda, che da lungo tempo gli scienziati sospettavano fosse un buco nero.

Guardare queste stelle è come osservare un prestigiatore tirare un coniglio fuori da un cappello. Sai che è successo, ma non sai come sia potuto succedere, ha detto Tod Lauer del National Optical Astronomy Observatory di Tucson, Arizona. Le osservazioni con Hubble sono state compiute da lui e da un team di astronomi, guidato da Ralf Bender del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics di Garching, in Germania, e da John Kormendy della University of Texas in Austin. I risultati del lavoro sono stati pubblicati sul numero del 20 settembre 2005 dell'Astrophysical Journal.

Didascalia:
La galassia di Andromeda, particolare
Fonte: sito del telescopio Hubble

Hubble scandaglia la strana luce blu

L'astronomo Ivan King dell'Università di Washington, insieme con dei colleghi, scoprì per primo la strana luce blu nel 1995 con il telescopio Hubble. Pensò che la luce potesse provenire da una singola, brillante stella blu o forse da un più esotico processo energetico. Tre anni più tardi, Lauer e Sandra Faber dell'Università della California presso Santa Cruz usarono di nuovo Hubble per studiare la luce. Le loro osservazioni indicarono che si trattava di un ammasso di stelle blu.

Ora, nuove osservazioni spettroscopiche con lo Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) di Hubble rivelano che la luce blu proviene da più di 400 stelle che si formarono in uno scoppio di attività all'incirca 200 milioni di anni fa. Le stelle sono ammassate l'una vicino all'altra in un disco che misura da un capo all'altro soltanto un anno luce. Il disco è annidato all'interno di un anello ellittico di stelle più vecchie, più fredde e più rosse, che era già stato visto nelle precedenti osservazioni con Hubble.

Gli astronomi hanno usato lo STIS anche per misurare la velocità di queste stelle. Hanno ottenuto tale velocità calcolando la misura in cui le onde luminose sono allungate e compresse quando passano nei pressi del buco nero. Sotto la stretta gravitazionale del buco nero, le stelle si muovono molto velocemente: 2,2 milioni di miglia l'ora (3,6 milioni di chilometri l'ora, o 1.000 chilometri al secondo). Si muovono così velocemente che impiegherebbero 40 secondi per girare intorno alla Terra e sei minuti per arrivare alla Luna. Le stelle più veloci completano un'orbita in 100 anni.

L'attivo nucleo di Andromeda ha già prodotto probabilmente simili dischi di stelle in passato e può continuare a produrli in futuro.

Le stelle blu nel disco sono di vita così breve che è improbabile che nella storia di Andromeda, lunga 12 miliardi di anni, un disco così effimero sia apparso soltanto adesso, ha detto Lauer. Ecco perché noi pensiamo che il meccanismo che ha prodotto questo disco di stelle, ha già formato probabilmente altri dischi stellari in passato e altri ne farà scaturire in futuro. Non sappiamo ancora, però, come si sia potuto in primo luogo formare un simile disco. Rimane tuttora un enigma.

Gli astronomi ringraziano la superba visione fornita da Hubble per la scoperta del disco.

Soltanto Hubble possiede la risoluzione nella luce blu per osservare questo disco, ha detto Richard Green del National Optical Astronomy Observatory di Tucson. E' così piccolo e così distinto dalle stelle rosse che lo circondano, che ci ha permesso di usarlo per scandagliare in profondità l'attivissimo nucleo di Andromeda. Queste osservazioni sono state compiute dai membri del nostro team, che ha costruito lo STIS. Progettammo il suo canale nella luce visibile proprio per poter afferrare simili opportunità: misurare la luce stellare più vicino ad un buco nero che in qualsiasi altra galassia esterna alla nostra.

Solide prove dell'esistenza di un buco nero colossale

In aggiunta alla scoperta del disco di stelle, gli astronomi hanno sfruttato questa possibilità così unica di scrutare nei recessi di Andromeda, per provare inequivocabilmente che la galassia ospita un buco nero centrale. Nel 1988, nel corso di studi indipendenti basati a terra, John Kormendy e il team di Alan Dressler e Douglas Richstone scoprirono un oggetto oscuro nel centro di Andromeda, che ritennero un buco nero supermassivo. Si trattava del primo caso significativo, a cui sono seguite finora 40 rilevazioni di buchi neri, la maggior parte delle quali fatte da Hubble. Tali osservazioni, tuttavia, non escludevano in modo definitivo alternative molto esotiche, e molto meno probabili.

Vi sono ragioni stringenti per credere che questi siano buchi neri supermassivi, sostiene Kormendy. Ma affermazioni così estreme richiedono prove straordinariamente solide. Dobbiamo essere certi che si tratti di buchi neri e non di ammassi oscuri di stelle morte.

Le osservazioni di Andromeda con lo STIS sono così precise che gli astronomi hanno potuto escludere qualsiasi altra possibilità relativa a cosa potrebbe essere lo scuro oggetto centrale. Hanno anche calcolato che la massa del buco nero è 140 milioni di volte quella del Sole, cioè tre volte maggiore di quanto si ritenesse in precedenza.

Fino a questo momento, gli ammassi oscuri erano stati definitivamente esclusi solo per due galassie: NGC 4258 e la nostra galassia, la Via Lattea. Queste due galassie ci hanno fornito la prova inequivocabile che i buchi neri esistono, ha aggiunto Kormendy. Ma si tratta di casi particolari: NGC 4258 contiene un disco di maser d'acqua [sorgenti di microonde, amplificate dalle molecole d'acqua] che possiamo osservare con i radiotelescopi, mentre il centro della nostra galassia è così vicino che possiamo seguire le orbite individuali delle stelle. Andromeda è la prima galassia per la quale possiamo escludere tutte le alternative esotiche ad un buco nero, usando Hubble e le medesime tecniche con le quali scopriamo quasi tutti i buchi neri supermassivi.

Studiare buchi neri è sempre stata una missione primaria di Hubble, ha detto Kormendy. L'aver identificato il buco nero di Andromeda è senza dubbio una parte importante della sua eredità. Ci rende più confidenti nel fatto che anche gli altri oggetti oscuri scoperti nel centro di varie galassie siano buchi neri.

Ora che abbiamo dimostrato che c'è un buco nero al centro del disco di stelle blu, la formazione di queste stelle diviene difficile da comprendere, ha aggiunto Bender. I gas che potrebbero formare stelle devono ruotare così velocemente intorno al buco nero - e molto più velocemente vicino al buco nero che più lontano da esso - che la formazione di stelle appare quasi impossibile. Ma le stelle sono lì.

Didascalia:
Il grafico mostra la struttura del nucleo di Andromeda descritta nell'articolo
Fonte: sito del Telescopio Hubble

Un attivo nucleo galattico

Il buco nero e il disco di stelle non sono i soli elementi nell'architettura del nucleo di Andromeda. Una squadra guidata da Lauer e Faber usò Hubble nel 1993 per scoprire che la galassia ha un doppio ammasso di stelle al suo centro. Questa scoperta fu una sorpresa, perché due ammassi dovrebbero fondersi in uno solo in appena qualche centinaio di migliaia di anni. Scott Tremaine dell'Università di Princeton ha risolto questo problema, suggerendo che il "doppio nucleo" fosse in realtà un anello di vecchie stelle rosse. L'anello appariva come due distinti ammassi stellari perché gli astronomi stavano guardando soltanto le stelle agli opposti estremi dell'anello. L'anello si trova a circa cinque anni luce dal buco nero e dal disco di stelle blu che lo circonda. Il disco e l'anello sono inclinati dello stesso angolo quando visti dalla Terra, il che suggerisce che possano essere correlati.

Benché gli astronomi siano sorpresi di trovare un disco di stelle blu che ruota vorticosamente intorno a un buco nero supermassivo, pensano anche che questa enigmatica architettura non sia inusuale.

Le dinamiche interne al nucleo di questa galassia vicina possono essere più comuni di quanto crediamo, ha spiegato Lauer. La nostra Via Lattea ha stelle ancora più giovani vicino al suo buco nero. Appare improbabile che solo le due grandi galassie più vicine abbiano questa strana attività. Un tale comportamento potrebbe essere perciò non l'eccezione, ma la regola. Abbiamo già trovato altre galassie che possiedono un doppio nucleo.

Articolo di Michele Diodati pubblicato il  23/9/2005 alle ore 15,08.

Indice del Pesa-Nervi | Diodati.org

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