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Che aria tira nella galassia Markarian 509?

La galassia Markarian 509 (Mrk 509) è un sistema molto complesso, da tempo sotto gli sguardi degli astronomi per comprendere come co-evolvono lo sviluppo di stelle e la crescita del buco nero in una galassia. In un recente studio italiano di diverse istituzioni (SISSA, Università degli Studi di Trieste, INAF, Institute for fundamental physics of the Universe) è stato quantificato il serbatoio di gas molecolare, l’habitat ideale per la nascita di stelle, a disposizione di Mrk 509. Scoperte, inoltre, due perturbazioni all’interno del serbatoio, i venti galattici. Tutte informazioni importanti per comprendere la cinematica delle nubi di gas molecolare e il loro ruolo nel processo di attivazione di buchi neri e galassie.

Sistema di medie dimensioni a 466 milioni di anni luce, la galassia Mrk 509 è caratterizzata da una forte attività: presenta un disco di gas ionizzato e un anello di starburst, regione generalmente con un alto tasso di formazione stellare, processo in Mrk 509 attualmente in corso e stimato con un ritmo di circa cinque masse solari all’anno. La galassia, inoltre, sta sperimentando una fusione minore, fenomeno di assorbimento della gran parte del gas e delle stelle di una galassia più piccola vicina. Secondo gli autori questi due fattori, il disco molecolare con formazione stellare e la fusione minore, comportano la destabilizzazione del gas molecolare galattico, fenomeno che alimenta sia la formazione stellare sia l’attivazione del buco nero e della galassia.

Quando i gas galattici sono trasportati dalle perturbazioni, si avvicinano al buco nero al centro galattico. Il buco si evolve così in un nucleo galattico attivo, entità caratterizzate dalla presenza di gas altamente ionizzato non correlato con l’attività stellare. A seguito di questo evento viene rilasciata una grande quantità di radiazione e materia in grado di influenzare lo stesso gas della galassia, che così diventa essa stessa attiva, dando origine ad un complesso ciclo di stimolo e feedback fra la produzione stellare della galassia e, nel centro galattico, l’aumento del nucleo galattico attivo. Il fenomeno di reciproca attivazione e alimentazione si spegne quando finisce il propellente, ossia quando la maggior parte del gas freddo è espulso dal sistema.

Studiare i venti galattici e le nubi molecolari all’interno di una galassia attiva come Mrk 509 può fornire una maggiore comprensione dell’evoluzione dell’intero sistema galattico. Durante le prime fasi di attivazione del buco nero in nucleo attivo si pensa, però, che la maggior parte della radiazione primaria dovuta alla formazione stellare e all’attività nel nucleo sia fortemente oscurata e quasi invisibile a lunghezze d’onda come quelle ottiche o ultraviolette.

Per questo motivo, al fine di trovare ulteriori prove della presenza di venti di gas molecolari in Mrk 509, il team di astronomi italiani ha analizzato Mrk 509 secondo i dati delle osservazioni di ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) uno dei telescopi più potenti al mondo, collocato nel deserto di Atacama in Chile a ben 5000 metri di altitudine. ALMA rappresenta una soluzione particolarmente efficace per osservare il gas freddo molecolare nelle galassie attive, essendo il telescopio un sistema di 66 antenne che sfrutta la tecnica interferometrica, operando quindi a lunghezze d’onda fra gli 0,32 e i 3,6 mm. La galassia Mrk509 è stata selezionata all’interno del campione IbisCO, costituito da 60 galassie vicine osservate con ALMA.

Il team italiano, guidato da Maria Vittoria Zanchettin dell’Università di Trieste, ha così individuato in Mrk 509 un serbatoio di gas molecolare pari a 1,7 miliardi di masse solari, situato all’interno del disco galattico di circa 17.000 anni luce di dimensioni. Il disco, inclinato di 44 gradi e con una massa di circa 20 miliardi di masse solari, racchiude al suo interno una frazione di gas molecolare stimata dal team di circa il 5% del disco stesso.

La ricerca ha anche trovato significative perturbazioni della cinematica del gas molecolare in due diversi punti del disco, deviazioni causate dalla rotazione del disco e che sono state interpretate come venti molecolari, per questo chiamate vento A e vento B. Gli astronomi italiani hanno calcolato che il vento A ha una velocità di circa 250 km/s e si trova ad una distanza di circa 980 anni luce dal nucleo galattico attivo. Il vento B, di 200 km/s, è stato identificato ad una distanza di circa 4.600 anni luce dal centro attivo.

Una ventata di aria nuova sullo studio dei gas galattici per una maggiore comprensione del loro ruolo nei processi di evoluzione galattica.

Crediti. immagine in evidenza: NASA, ESA, J. Kriss (STScI) and J. de Plaa (SRON)

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