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Secondo l’attuale paradigma cosmologico, l’universo è un ecosistema vivente in cui i flussi di gas entrano ed escono dalle galassie spinti da buchi neri massicci situati al loro centro. Ma qual è il reale impatto esercitato da questi buchi neri massicci sull’evoluzione della galassia stessa?
Questa è stata la domanda che si è posto il progetto FEEDBACK, finanziato specificatamente dal Consiglio europeo della ricerca (CER), e a cui ha fornito una risposta.
Il potere del buco nero
Il progetto ha concentrato la propria ricerca sul feedback (reazione) dei nuclei galattici attivi nelle galassie e negli ammassi di galassie. «Un nucleo galattico attivo è caratterizzato da un buco nero luminoso e potente in fase di accrescimento al centro della galassia», afferma Andrew Fabian, astronomo presso l’Università di Cambridge e ricercatore principale del progetto FEEDBACK. «Il feedback, d’altro canto, è il modo in cui l’energia che proviene da un buco nero può alterare una galassia miliardi di volte più grande di esso».
Secondo Fabian, vi sono diversi modi in cui un feedback può modificare una galassia e l’ambiente circostante. Da un lato, attraverso l’espulsione di gas, il feedback può impedire la formazione di ulteriori stelle, uccidendo quindi essenzialmente la galassia. Il flusso gassoso in uscita può inoltre stimolare la formazione di nuove stelle e, così facendo, modificare la forma della galassia. Infine, qualora la galassia sia parte di un ammasso, il gas può riscaldarsi.
«Abbiamo affrontato questioni relative alla produzione di energia in un flusso di accrescimento di un buco nero», illustra Fabian. «Ciò ha significato studiare non solo la geometria del flusso, la massa e lo spin del buco nero, nonché i relativi processi di produzione di energia, ma anche come l’energia eserciti un impatto sull’ambiente circostante, in particolare nel caso di ammassi di galassie».
In astrofisica, l’accrescimento è un fenomeno di accumulo di particelle in un oggetto massiccio attraverso l’attrazione gravitazionale di altra materia. Le galassie, le stelle, i pianeti e altri oggetti astronomici si formano attraverso l’accrescimento.
Soddisfare la nostra curiosità
Gran parte della ricerca di FEEDBACK è stata di natura osservazionale e condotta attraverso telescopi a raggi X combinati alla semplice teoria e modellazione. Ad esempio, a febbraio 2016, il satellite Hitomi ha effettuato osservazioni a raggi X profonde del nucleo freddo dell’ammasso di galassie Perseo. «Gli spettri risultanti avevano una risoluzione elevata, senza precedenti nell’astronomia cosmica a raggi X», aggiunge Fabian.
Altre modalità di osservazione comprendevano il gruppo di telescopi orbitanti NuSTAR e il telescopio Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) della NASA, ubicato sulla Stazione spaziale internazionale (ISS).
Da queste osservazioni, i ricercatori hanno scoperto che il feedback di un nucleo galattico attivo svolge un ruolo principale nell’evoluzione della galassia, il che amplia notevolmente la nostra comprensione dell’universo. «Vedere il modo in cui oggetti esotici quali i buchi neri possono condizionare le galassie soddisfa la nostra curiosità sull’origine delle più grandi strutture nell’universo», osserva Fabian.
Una ricerca premiata
Il lavoro di Fabian sul progetto FEEDBACK gli è valso il premio Kavli per l’astrofisica 2020 dell’Accademia norvegese di scienze e lettere. «Andrew Fabian, uno degli astronomi più prolifici e influenti del nostro tempo, è stata una figura di riferimento del campo dell’astronomia osservazionale a raggi X, occupandosi di in una vasta gamma di argomenti che spaziano dai flussi di gas in ammassi di galassie ai buchi neri supermassicci al centro delle galassie», si legge in un annuncio dell’Accademia. «L’ampio spettro di conoscenze e di intuizioni di Fabian su scale notevolmente diverse ha fornito una comprensione chiave a livello fisico di come questi fenomeni disparati siano interconnessi».
Fabian attribuisce parte del suo successo ai finanziamenti dell’UE ricevuti dal CER, che gli hanno permesso di istituire e mantenere un team di ricercatori produttivi per oltre 5 anni. «La flessibilità dei finanziamenti è stata un enorme vantaggio, sia per le assunzioni che per i viaggi per assistere a riunioni», aggiunge. «Ciò ha fatto sì che il team potesse concentrarsi sullo svolgimento di un lavoro scientifico eccellente».
Sei ricercatori post-dottorato del team di FEEDBACK hanno ottenuto da allora cattedre a tempo pieno, mentre ad altri due è stata assegnata una borsa di studio. Tutti continuano a lavorare per svelare i misteri dell’universo.