Telescopio Askap, determinata l’origine dei misteriosi oggetti rilevati nel 2019

Cosa sono gli odd radio circles e in che modo sono fondamentali nello studio dei venti galattici? Che succede quando due galassie si incontrano?

Non capita tutti i giorni che gli astronomi dicano: “Che cos’è questa cosa?”.

Dopotutto, la maggior parte dei fenomeni astronomici osservati sono noti: stelle, pianeti, buchi neri e galassie.

Ma nel 2019 il telescopio ASKAP (Australian Square Kilometer Array Pathfinder), appena completato, ha rilevato qualcosa che nessuno aveva mai visto prima: cerchi di onde radio così grandi da contenere intere galassie nel loro centro.

Mentre la comunità astrofisica cercava di determinare cosa fossero questi cerchi, lo strumento voleva anche sapere il perché di questi cerchi.

Oggi il mistero sembra essere risolto

Ora un team guidato dal professore di astronomia e astrofisica dell’Università della California San Diego, Alison Coil, ritiene di aver finalmente trovato la risposta: i cerchi sono gusci formati da venti galattici in uscita, forse da massicce esplosioni di stelle note come supernovae.

Il loro lavoro è pubblicato sulla prestigiosa rivista scientifica Nature.

Coil e i suoi collaboratori hanno studiato le galassie massicce “starburst” che possono generare questi venti ultraveloci. Scopriamo qualcosa in più del fenomeno.

Cosa sono le galassie starbust?

Le galassie starburst hanno un tasso di formazione stellare eccezionalmente alto. Quando le stelle muoiono ed esplodono, espellono il gas dalla stella e dai suoi dintorni nello spazio interstellare.

Se un numero sufficiente di stelle esplode contemporaneamente l’una vicino all’altra, la forza di queste esplosioni può spingere il gas fuori dalla galassia stessa in venti di fuoriuscita, che possono viaggiare fino a 2.000 chilometri al secondo.

L’incontro straordinario tra più galassie

“Queste galassie sono davvero interessanti“, ha detto Coil, che è anche presidente del Dipartimento di Astronomia e Astrofisica.

“Si verificano quando due grandi galassie si scontrano. La fusione spinge tutto il gas in una regione molto piccola, provocando un’intensa esplosione di formazione stellare. Le stelle massicce bruciano rapidamente e, quando muoiono, espellono il loro gas sotto forma di venti in uscita“.

Massicce, rare e di origine sconosciuta

Gli sviluppi tecnologici hanno permesso ad ASKAP di scansionare ampie porzioni di cielo a limiti molto deboli, rendendo così rilevabili per la prima volta nel 2019 gli odd radio circles (ORC).

Gli ORC erano enormi: centinaia di kiloparsec di diametro, dove un kiloparsec equivale a 3.260 anni luce (per riferimento, la galassia della Via Lattea ha un diametro di circa 30 kiloparsec).

Per spiegare l‘origine degli ORC sono state proposte diverse teorie, tra cui le nebulose planetarie e le fusioni di buchi neri, ma i soli dati radio non erano in grado di discriminare tra le teorie.

Gli studi del team di Coil

Coil e i suoi collaboratori erano incuriositi e pensavano che gli anelli radio potessero essere un’evoluzione delle fasi successive delle galassie starburst che stavano studiando. Hanno iniziato a studiare la ORC 4, ossia la prima ORC scoperta osservabile dall’emisfero settentrionale.

Fino a quel momento, le ORC erano state osservate solo attraverso le loro emissioni radio, senza alcun dato ottico.

Cosa ha incuriosito gli studiosi?

Il team di Coil ha utilizzato uno spettrografo a campo integrale presso l’Osservatorio W.M. Keck di Maunakea, nelle Hawaii, per osservare ORC 4, che ha rivelato un’enorme quantità di gas compresso, riscaldato e altamente luminoso, molto più di quanto si possa osservare in una galassia media.

Avendo più domande che risposte, come spesso accade in scienza in realtà, il team si è messo al lavoro investigativo. Utilizzando dati di imaging ottico e infrarosso, hanno determinato che le stelle all’interno della galassia ORC 4 avevano circa 6 miliardi di anni!

“C’è stata un’esplosione di formazione stellare in questa galassia, ma è terminata circa un miliardo di anni fa”, ha dichiarato Coil.

Gli studi sui venti galattici

Cassandra Lochhaas, borsista post-dottorato presso l’Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics, specializzata nell’aspetto teorico dei venti galattici e coautrice dell’articolo pubblicato su Nature, ha eseguito una serie di simulazioni numeriche al computer per replicare le dimensioni e le proprietà dell’anello radio su larga scala, compresa la grande quantità di gas freddo e sconvolto nella galassia centrale.

Le sue simulazioni hanno mostrato che i venti galattici in uscita soffiano per 200 milioni di anni prima di spegnersi.

Quando il vento si è fermato, uno shock in avanti ha continuato a spingere il gas ad alta temperatura fuori dalla galassia e ha creato un anello radio, mentre uno shock inverso ha fatto ricadere il gas più freddo sulla galassia.

Che funzioni svolgono i venti galattici?

I venti galattici rappresentano flussi di gas, principalmente idrogeno, che si estendono nell’immensità dello spazio interstellare all’interno delle galassie. Questi venti giocano un ruolo fondamentale nell’ecosistema cosmico.

Essi sono associati a diversi processi chiave nell’evoluzione galattica, inclusa la formazione stellare. I venti possono comprimere il gas e favorire la nascita di nuove stelle, mentre il feedback stellare, derivante da esplosioni di supernove o da radiazioni intense di stelle massicce, contribuisce alla dispersione di materia e alla diffusione di elementi chimici.

Questi processi modellano la struttura e l’evoluzione delle galassie, influenzando la distribuzione della materia e la loro morfologia nel corso del tempo cosmico.

Sono tipi di galassie molto molto rare quelle studiate

“Per far sì che questo funzioni è necessario un tasso di efflusso di massa elevato, il che significa che espelle molto materiale molto rapidamente. E il gas circostante, appena fuori dalla galassia, deve essere a bassa densità, altrimenti lo shock si blocca. Questi sono i due fattori chiave“, ha dichiarato Coil.

“È emerso che le galassie che abbiamo studiato hanno questi tassi di efflusso ad alta massa. Sono rare, ma esistono. Credo davvero che questo indichi che gli ORC provengano da qualche tipo di vento galattico in uscita“.

Gli ORC sono fondamentali

Non solo i venti in uscita possono aiutare gli astronomi a capire gli ORC, ma anche gli ORC possono aiutare gli astronomi a capire i venti in uscita. “Gli ORC ci permettono di ‘vedere’ i venti attraverso i dati radio e la spettroscopia“, ha detto Coil.

“Questo può aiutarci a determinare quanto siano comuni questi venti galattici estremi in uscita e quale sia il ciclo di vita del vento. Possono anche aiutarci a saperne di più sull’evoluzione galattica: tutte le galassie massive attraversano una fase ORC? Le galassie a spirale diventano ellittiche quando non formano più stelle? Penso che possiamo imparare molto sulle ORC e imparare molto anche dalle ORC“.