Mettendo insieme una serie di osservazioni condotte nell’arco di diversi anni, la sonda Chandra della NASA ha raccolto diverse evidenze riguardo alcuni “lampi X” dall’oggetto Sagittarius A, il buco nero supermassivo che abita il centro della nostra Via Lattea. I lampi sono stati anche rilevati dal Very Large Telescope dell’ESO, in Cile.

Un recente studio fornisce una interessante spiegazione per questi misteriosi lampi. Il suggerimento è che esista una nuvola intorno a Sagittarius A, contenente la bellezza di centinaia di migliaia di miliardi tra asteroidi e comete, che sarebbero stati strappati dalle loro stelle di origine. Nella figura qui sotto (cliccare per vederla in formato più grande), il pannello di sinistra rappresenta una immagine ottenuta tramite circa un milione di secondi di osservazione di Chandra nella regione intorno al buco nero: in rosso i raggi X di energia più bassa, verdi i raggi X di energia media e in blu i più “duri”.

La zona con il buco mero supermassivo al centro della Via Lattea. Crediti: X-ray: NASA/CXC/MIT/F. Baganoff et al.; Illustrations: NASA/CXC/M.Weiss

Un asteroide che subisce un incontro ravvicinato con un altro oggetto, tipo stella o pianeta, può finire in una orbita intorno a Sagittarius A, come mostrato in una serie di illustrazioni artistiche sulla destra dell’immagine. Se capita poi che (lo sventurato) l’asteroide passi a circa 160 milioni di chilometri dal buco nero, la sua sorte probabile è di essere ridotto a bricioline dalle forze mareali che agiscono per la presenza del buco nero.

I frammenti poi sarebbero vaporizzati per frizione quando passano attraverso il gas caldo che viaggia verso il buco nero. Il loro destino è ormai segnato: rimane solo la possibilità di un ultimo “lampo” quando i frammenti sono ingeriti dal buco nero: ecco dunque la probabile spiegazione dei lampi X.

Si può condurre una interessante similitudine, a riprova che fenomeni simili avvengono anche su scale molto diverse. Consideriamo che una volta ogni tre giorni circa, scompare una cometa perché viene “digerita” dal nostro Sole… nonostante le differenze significative tra i due ambienti (il buco nero supermassivo è grande circa 3,7 milioni di volte il Sole!), il tasso di distruzione  di comete ed asteroidi da parte della nostra stella e di Sagittarius A, sembra sorprendentemente simile…!

Chandra Press Release

Il centro della nostra Galasia, la Via Lattea, è di nuovo oggetto di attenzione da parte dei telescopi dell’ESO. Stavolta è il turno di  ISAAC, lo spettrometro e la camera che operano in banda infrarossa.

Dal deserto di Atachama in Cile, sede degli osservatorii ESO, la Via Lattea offre una vista davvero magnifica. In particolare è stupenda la visione del cielo dell’emisfero del sud nel periodo invernale, quando la regione centrale della Galassia è in gran parte visibile.

Tuttavia, il centro galattico, localizzato a 27.000 anni luce nella direzione del Sagittario, rimane ordinariamente nascosto dietro spesse nubi di gas e polveri interstellari. Come sappiamo, queste sono opache alla radiazione luminosa “normale”, ma si rivelano molto più trasparenti alle bande della regione infrarossa dello spettro. Nell’immagine qui riportata, le osservazioni in infrarosso mostrano chiaramente il denso affollarsi di stelle intorno al centro galattico.

Questa suggestiva immagine del centro galattico è ottenuta da ISAAC, e copre un campo di vista di 2,5 minuti d'arco (Crediti: ESO/R. Schoedel)

Ormai sono più di diciotto anni che i telescopi ESO scrutano il centro della nostra Galassia. Oltre ad ottenere una serie di immagini ad alta risoluzione di questa importantissima zona di cielo, hanno anche prodotto le prove definitive dell’esistenza del gigantesco buco nero al centro della Via Lattea (sono stati loro a rilevare – sempre nell’infrarosso – la caduta di materiale all’interno del buco nero supermassivo, confermandone la sua presenza al di là di ogni congettura)

ESO Press Release

La notizia è ghiotta (ne abbiamo già accennato nelle “brevi”, ma val la pena riprenderla con più agio qui): Chandra ha trovato il buco nero più “giovane” mai individuato fino ad ora. Il buco nero in questione avrebbe appena una trentina di anni, pertanto costituisce una opportunità unica per osservare tali oggetti nelle primissime fasi del loro sviluppo…

Tale buco nero potrebbe aiutare gli scienziati a comprendere meglio come esplodono le stelle di grande massa, quali di esse si lasciano “dietro” dei buchi neri oppure delle stelle di neutroni, nonché il numero di buchi neri nella nostra galassie e nelle altre.

Il.. trentenne in questione è il “residuo” dell’esplosione della supernova SN1979C, un oggetto nella galassia M100, a circa cinquanta milioni di anni luce dalla Terra. I dati raccolti da Chandra e da diversi altri strumenti ci mostrano una sorgente di raggi X che è rimasta praticamente immutata durante il periodo di osservazione che va dal 1995 al 2007. Questo fa pensare che il buco nero sia alimentato, o da materiale in caduta verso di esso proveniente dalla supernova, oppure da una stella binaria compagna.

L'oggetto SN1979C nella stupenda galassia M100 (Crediti: X-ray: NASA/CXC/SAO/D.Patnaude et al, Optical: ESO/VLT, Infrared: NASA/JPL/Caltech)

Gli scienziati ritengono che SN 1979C, scoperta da un astrofilo nel 1979, si sia formata quando una stella circa venti volte più grande del Sole ha subito il collasso a supernova. Molti “nuovi” buchi neri nell’universo lontano sono già stati scoperti, a motivo della loro emissione in banda gamma. Tuttavia SN1979C è peculiare, perché è molto più vicino a noi, ed anche perché appartiene ad una classe di supernovae che difficilmente viene associata a lampi gamma (GRB).

L’idea di un buco nero con un’età di appena 30 anni è consistente con i lavori teorici più recenti. Nel 2005, è stata presentata una teoria secondo la quale la brillanza di questa supernova può essere fornita da dei “jet” provenienti da un buco nero, però non in grado di penetrare l’inviluppo di idrogeno dell’oggetto, condizione necessaria per formare dei lampi gamma. Le osservazioni di SN1979C sembrano in ottimo accordo con questa teoria.

Non va dimenticato comunque che – oltre alla giovane età – vi è una seconda possibile interpretazione dei dati. L’emissione X osservata potrebbe infatti essere prodotta da una stella di neutroni in rapidissima rotazione, con un potente vento di particelle energetiche. Questo farebbe di SN1979C l’esempio di stella di neutroni più giovane.. o l’uno o l’altro, indubbiamente la scoperta è rilevante e… suggestiva !

Chandra Press Release

Alcuni scienziati hanno utilizzato la sonda Chandra insieme con XMM-Newton per individuare una vasta “riserva” di gas che si trova lungo una struttura a forma di “parete”, a circa 400 milioni di anni luce dalla Terra.

Nell’immagine riprodotta qui sotto, viene raffigurata una immaginaria “vista da vicino” del Muro di Sculptor. Nell’illustrazione si può ammirare la moltitudine di galassie di tipo ellittico e a spirale, insieme con il gas intergalattico oggetto di recentissima scoperta; quest’ultimo è mostrato in colore blu e fa parte del gas intergalattico caldo (in inglese, Warm Hot Intergalactic Medium, WHIM).

La scoperta è importante perché costituisce la più decisa evidenza finora disponibile, di come la “materia mancante” nell’universo vicino – lungi dall’apparire omogeneamente distribuita – sia localizzata in una enorme ragnatela di gas caldo diffuso.

Crediti: NASA/CXC/M.Weiss; Spectrum: NASA/CXC/Univ. of California Irvine/T. Fang et al.

Tutto semplice? Non proprio. Il fatto è che l’emissione in banda X da WHIM lungo questo “muro” è decisamente troppo debole per essere rilevata… Ma ecco il trucco! Che ti fanno questi ricercatori? Aggirano il problema, cercando segnali di assorbimento della luce che proviene dallo sfondo brillante, da parte dell’elusivo WHIM. Per questo obiettivo si servono appunto di Chandra e di XMM, effettuando un set di osservazioni “profonde”.

La sorgente di questa luminosità è un buco nero in rapida crescita, che si trova esattamente dietro il “muro”, ad una distanza da esso di circa due miliardi di anni luce. L’oggetto massiccio è mostrato in figura come una sorgente di fattezza stellare, con un raggio di luce che viaggia attraverso il Muro di Sculptor verso la Terra.

Nel box in alto a destra, viene invece mostrato uno spettro in banda X della sorgente; i punti in giallo corrispondono alle rilevazioni di Chandra, mentre la linea rossa rappresenta il miglior modello che si può ottenere per lo spettro, tenendo conto di tutti i dati sperimentali. Ecco il trucco, allora: guardando lo spettro si vede una “caduta” di segnale nella parte destra. Questo corrisponde all’assorbimento della radiazioni causato dagli atomi di ossigeno presenti nella elusiva WHIM. Le caratteristiche di questa “caduta” risultano peraltro pienamente compatibili con la distanza stimata del gas caldo, così come con la sua predetta temperatura e densità.

Questi risultati portano gli scienziati a ritenere come il gas che forma la WHIM sia presente in altre strutture a larga scala. La predizione è che circa metà della materia ordinaria (cioè quella composta da particelle come protoni ed elettroni, che costituisce in pratica il nostro mondo, ed è diversa dalla materia “oscura”) nell’universo locale si possa trovare proprio in forma di WHIM.

Chandra Press Release

L’immagine a falsi colori del più distante buco nero conosciuto al momento. In aggiunta alla sorgente brillante centrale (intorno al buco nero, in bianco), l’immagine mostra la galassia ospite che circonda l’oggetto (in colore rosso). L’oggetto prende il nome di QSO CFHQSJ2329-0301.

Crediti:Tomotsugu GOTO, University of Hawaii

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Fino dalla sua scoperta, avvenuta ben 45 anni fa, Cygnus X-1 è stata una delle sorgenti in banda X più accuratamente studiate. Dopo circa un decennio di indagini, Cygnus X-1 si era già assicurata un posto nella storia dell’astronomia, poichè la combinazione di studi in banda ottica e in X aveva portato alla conclusione che al suo interno vi fosse un buco nero: un oggetto fino a quel momento solo teorizzato ma ancora mai identificato.

Il sistema Cygnus X-1 – sappiamo ora -  consiste per la precisione in un buco nero stellare di massa circa 10 volte pari a quella del Sole, in orbita stretta con una stella supergigante blu di massa pari a circa 20 volte il Sole. Il gas strappato via dalla supergigante si riversa sul buco nero, formando delle spirali che cadono intorno all’oggetto compatto. E’ proprio l’energia gravitazionale rilasciata dal gas in caduta verso il buco nero a costituire la sorgente dell’emissione in banda X, così caratteristica di Cygnus X-1.

Una immagine del sistema Cygnus-X1
Crediti: NASA/CXC/SAO

Benchè ormai più di un migliaio di articoli scientifici siano stati scritti su questo sistema, la sua natura di buco nero “brillante” e vicino continua ad attrarre l’interesse degli scienziati, che cercano di capire l’esatta natura di questi peculiari oggetti  e  come interagiscano con  l’ambiente circostante. In questo senso, osservazioni con la sonda Chandra e lo strumento XMM-Newton di ESA sono preziose per studiare le proprietà del vento stellare di cui si nutre Cygnus X-1, e per determinare la sua velocità di rotazione.

C’è motivo di interesse su quest’ultimo punto, in effetti: i risultati più recenti indicano che Cygnus X-1 sta ruotando piuttosto lentamente. Questo rende al momento perplessi gli scienziati, che ritengono potrebbe indicare che il sistema si sia formato da un tipo piuttosto inusuale di supernova, che in qualche modo ha inpedito al buco nero appena formato di acquistare una velocità di rotazione paragonabile ad altri sistemi con buchi neri all’interno.

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Il telescopio spaziale Spitzer della NASA ci ha appena regalato una splendida immagine di un “creatura degli abissi”, una galassia a spirale con un oggetto al centro, che pare quasi un occhio. Tale “occhio” è in realtà costituito da  un buco nero di dimensioni enormi, circondato da un denso anello di oggetti stellari.

Nella immagine a falsi colori prodotta da Spitzer, l’area intorno al buco nero (chiaramente, invisibile di per se stesso) è di colore blu mentre l’anello di stelle è di colore bianco.

La galassia NGC 1097 vita da Spitzer
Crediti: NASA/JPL-Cahtech

La galassia che forma questo suggestivo spettacolo è chiamata NGC 1097 e si trova a circa 50 milioni di anni luce da noi; come la nostra Via Lattea, è una galassia a spirale, i cui “bracci” sono costituiti da lunghi e sottili filamenti di stelle.

Il buco nero è davvero enorme – circa 100 milioni di volte la massa del Sole – e si nutre di gas e polvere, insieme alle occasionali stelle che sfortunatamente si trovano ad orbitare “troppo” vicino alla sua posizione…

Per alcune stelle che si perdono, comunque, molte altre prendono vita: l’anello intorno al buco nero è infatti sede di intensa formazione stellare. Il motivo è che la caduta di materiale verso la barra centrale della galassia rende possibile tale attività nell’anello, che così viene illuminato dalla formazione di sempre nuovi oggetti stellari. Dunque un ambiente complesso e variegato, dove i ricercatori hanno modo di poter studiare una serie decisamente vasta di fenomeni astronomici: un altro bel risultato del telescopio spaziale Spitzer!

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L’immagine qui sotto riportata mostra una piccola regione del cosiddetto Chandra Deep Field North. In blu viene presentata una immagine profonda dal Chandra X-Ray Observatory, mentre in rosso è ad essa sovrapposta una immagine acquistia dal Multi-Element Radio Linked Interferometer Network (MERLIN), che è costituito da una schiera di radiotelescopi con base in Gran Bretagna. Inoltre vi è anche inserita una immagine della medesima zona di cielo proveniente dalla Sloan Digital Sky Survey (SDSS), nei colori bianco, giallo e arancione.

L’immagine composita di HDF 130
Credit: X-ray (NASA/CXC/IoA/A.Fabian et al.); Optical (SDSS), Radio (STFC/JBO/MERLIN)

Si ritiene che l’oggetto di colore bluastro situato verso il centro dell’immagine sia costituito da un “fantasma” cosmico generato da una forte eruzione di materiale da un buco nero di grande massa, in una galassia distante. Questa immagine in X, chiamata HDF 130, si forma da potenti flussi di onde radio originate da particelle che fuggono via dal buco nero, ad una velocità addiruttira prossima a quella della luce. Per la precisione, allorchè gli elettroni disperdono la loro energia, producono raggi X attraverso la loro interazione con il mare di fotoni che costituisce la eco del Big Bang, la pervasiva radiazione cosmica di fondo.

Difatti, collisioni tra questi elettroni e i fotoni della radiazione di fondo possono impartire abbastanza energia ai fotoni stessi per “spingerli” nella zona di energia della banda X. La struttura “a sigaro” di HDF 130 e la sua stessa lungheza di circa 2,2 milioni di anni luce, appare cosistente con le proprietà di questi jet radio.

HDF 130 si trova più di dieci miliardi di anni luce lontano da noi, ed esisteva già appena tre miliardi di anni dopo il Big Bang, quando le galassei e i buchi neri si stavano formando ad un tasso davvero “esuberante”. Vicino alla zona centrale di HDF 130 si trova una sorgente radio puntiforme, chiaro segnale della presenza di un buco nero supermassivo.

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